CN102421921A - 生产醇的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种从纤维素材料生产醇的方法，其中该纤维素材料经酸水解生成水解产物的水溶液，该水解产物从水解产物入口引入分离器中，萃取溶剂从至少两个萃取溶剂入口引入该分离器中，含低聚糖残渣从残渣排放口移出该分离器，并且含酸萃取溶剂从萃取溶剂排放口移出该分离器；其中通过该萃取溶剂排放口从该分离器中移除该萃取溶剂发生在至少一个该萃取溶剂入口的下游和至少另一个该萃取溶剂入口的上游。

Description

生产醇的方法
技术领域
本发明涉及从纤维素材料(特别是稻草)生产醇的方法及用于该方法的装置的改进，以及与该方法和装置相关的改进。
背景技术
废物或生物质中的糖通过发酵生产的醇，诸如乙醇和丁醇，正迅速变成烃(如天然气和石油)的主要替代物。虽然现在的焦点是用植物种子(如玉米)来生产乙醇，但对生物燃料的需求量有导致用于粮食生产的土地面积下降的危险。作为原始材料，植物种子的理想替代物是植物材料而不是种子，例如草、木材、纸、玉米皮、秸秆等。在这种情况下，首先是通过分解纤维素和半纤维素(为了方便，纤维素和半纤维素均被称为纤维素)生成可发酵糖来生产醇。该步骤可以用酶来完成，但是用强酸水解来完成是最有效、经济的，其中强酸为如硫酸和盐酸这样的无机酸。然而为了以这种方式大规模商业性地生产乙醇，所用酸的主要部分必须回收和循环使用。
在WO 02/02826(其内容通过引用并入本文)中，发明人提出了这样一种醇生产方法，在该方法中通过以下方式回收强酸：通过使水解产物和有机萃取溶剂(比如甲基乙基酮)接触，同时分离固态木质素和沉淀的糖，以产生含有水、萃取溶剂、酸和一些溶解的糖的酸溶液；然后在真空下蒸发掉酸溶液中的萃取溶剂，以重复利用该萃取溶剂，并留下酸和糖的水溶液；该溶液被进一步蒸发以生成浓酸/糖混合物，再次进行重复利用。
为了进行连续操作，萃取溶剂从逆流分离柱(counterflow separation column)的底部注入，含酸萃取溶剂从柱子的顶部移除；同时水解产物从柱子的顶部注入，并从底部移除含有木质素和未溶解低聚糖的悬浮液。我们已经发现：如果在通过分离器的低聚糖流道(flow path)中至少两个位置将萃取溶剂引入水解产物，并且如果在萃取溶剂引入位置之间的流道上的某一位置从分离器中移除含酸萃取溶剂(例如，为了萃取溶剂的回收和再利用)，可以提高低聚糖的回收率。
发明内容
因此，从一个方面来看，本发明提供了一种从纤维素材料生产醇的方法，其中该纤维素材料经酸水解生成水解产物的水溶液，该水解产物从水解产物入口引入分离器中，萃取溶剂从至少两个萃取溶剂入口引入该分离器中，含低聚糖残渣从残渣排放口移出该分离器，以及含酸萃取溶剂从萃取溶剂排放口移出该分离器；其中通过该萃取溶剂排放口从该分离器中移除该萃取溶剂发生在至少一个该萃取溶剂入口的下游和至少另一个该萃取溶剂入口的上游。
特别期望地，该方法中，在水解产物和萃取溶剂的最早接触点与该萃取溶剂到达萃取溶剂排放口之间具有至少10秒的时延、更优选至少20秒、特别是至少30秒、更特别是60秒，例如长达120秒。进一步地，通过该方法，本发明提供了一种从纤维素材料生产含低聚糖残渣的方法，其中该纤维素材料经酸水解生成水解产物的水溶液，该水解产物从水解产物入口引入分离器中，萃取溶剂从萃取溶剂入口引入该分离器中，含低聚糖残渣从残渣排放口移出该分离器，并且含酸萃取溶剂从萃取溶剂排放口移出该分离器；其中将该水解产物入口和该萃取溶剂排放口设置在适当位置，使从该水解产物入口至该萃取溶剂排放口的流动时间至少为10秒。
对于大部分装置或者操作条件，可以很容易计算出流体流过分离器的时延。然而，也可以在水解产物和/或萃取溶剂进入分离器前在其中注入可检测材料(例如可溶性染料)的丸剂，并检测从分离器排出的萃取溶剂中该标记物的排出，实验性地确定该时延。这样的标记物丸剂不会同时到达排放口是可以理解的，因此可使用均值或者更普遍的模式。在标记物入口点和萃取溶剂排放点之间有挡板或者搅拌器干扰时，时延会特别长。
在特别优选的实施例中，将萃取溶剂从位于多个入口之间的至少两个出口移除，并且从一个这样的出口移除的溶剂通过一个溶剂入口重新回到分离器中。因此，在低聚糖流动方向，溶剂入口和出口的顺序可以是：第一入口、第一出口、第二出口、然后是第二入口，或者更优选为：第二入口、第二出口、第一出口、然后是第一入口；即，第二出口是从分离器中排放含酸萃取溶剂的出口，例如为了溶剂的回收和再利用。
因为萃取溶剂的作用是从水解产物中除去酸并留下不溶的残渣(通常含有低聚糖和木质素)，通常该残渣最容易从分离器底部移除，同时萃取溶剂从流经分离器的流体顶部或接近顶部处排出，因此最方便的分离器呈基本垂直的串联在一起的柱状形式，其中水解产物从第一柱子的上部注入，残渣从最终柱子的底部排出。在这种形式中，萃取溶剂入口可方便地设置于第一柱子的顶部或接近顶部的位置，以及接近最终柱子的底部位置；萃取溶剂出口可方便地设置于最终柱子的顶部或者接近顶部的位置，以及接近第一柱子的底部位置。然而使用垂直柱子是优选而不是必须的，例如分离器可为管道形式，该管道具有交替向上和向下倾斜的部分，残渣从最后向下的部分移除，溶剂出口则位于管内上部弯曲的顶部。
在含酸萃取溶剂从分离器中移除的位置，分离器优选设置为使排出溶剂夹带的残渣降到最小的形式。因此，例如在一个实施例中，排放口可以位于第二个或者随后柱子的顶部，水解产物在该处流入并在柱内流下。或者优选地，排放口可位于分离器中远离低聚糖主流道的部分。在这种情况下，例如，分离器可包括两个同轴的圆筒，低聚糖流道通过内圆筒的顶部，从内圆筒的底部流出并流入外圆筒，然后从外圆筒的底部流出。萃取溶剂则可以从外圆筒上高于内圆筒底部的位置排出。圆筒当然没有必要是同轴的，且其精确的形状也不起决定作用。该配置特别适合于多柱分离器的第一个柱子。
分离器优选含有混合器，以确保使萃取溶剂和水解产物充分混合。混合器可以是主动地，例如搅拌器，或者是被动的，例如平板、翅片(fin)或者挡板。通常优选使用被动混合器。在分离器包括不止一个柱子的情况下，每一个柱子优选设置有一个混合器。
分离器优选是密封的，以阻止除了通过残渣和溶剂出口之外有流体流出。
如果分离器包括垂直柱，该分离器优选设置有挡板或者平板，以增加柱内的停留时间。优选在流向上增加该平板/挡板的面积。在分离器具有挡板或者平板的情况下，可能在挡板或者平板处发生残渣堵塞，所以优选在挡板/平板和分离器壁之间留有空隙，以减少该情况发生的可能性。同样优选设置主动混合器，以便冲去沉淀于该平板/挡板上的任何残渣。
为了确保萃取溶剂和水解产物充分混合，分离器优选设置有一个或多个泵，以将溶剂或水解产物灌入分离器中，或者在多柱分离器的柱子之间转移溶剂和/或水解产物。当然，所制造的分离器应该耐受所使用的压力、温度和化学制剂。
残渣排放可以是连续的，或者更优选地，是分批的。因此，分离器优选具有可隔离、可排空的残渣收集部件(例如)作为多柱分离器的最终柱子的底部。
分离器优选形成可以进行酸水解的较大系统的一部分。
因此，从一个方面来看，本发明提供了一种从纤维素材料生产低聚糖的装置，该装置包括酸水解反应器和分离器，低聚糖流道贯穿在分离器中；该分离器具有：水解产物入口，用于从该反应器接收水解产物；至少两个萃取溶剂入口，用于引入萃取溶剂；残渣排放口，用于移除含低聚糖残渣；以及萃取溶剂排放口，用于移除含酸萃取溶剂；其中该萃取溶剂排放口位于流道上至少一个该萃取溶剂入口的下游和至少另一个该萃取溶剂入口的上游。
该反应器可以分批操作，或者优选连续操作。对于连续操作，方便的是以管道的形式，纤维素材料和酸入口在一端，水解产物出口在另一端。在该形式中，反应器优选配备有螺杆传动，以将反应物料(reaction mass)从入口移动到出口，且停留时间足够用于水解反应的进行。可以使用传统的反应器。
除了分离器和溶剂萃取步骤，纤维素材料向醇转化所需的剩余装置组件和工序可以是传统的；然而，本文将描述示例性版本。
此外，应该注意的是纤维素材料向醇转化的进行可以在两个或者更多的位置之间进行分配，例如含低聚糖残渣的生产在一个位置，醇的生产和萃取在另一个位置。
因此，从另一方面来看，本发明提供了一种从纤维素材料生产含低聚糖残渣的方法，其中该纤维素材料经酸水解生成水解产物的水溶液，该水解产物从水解产物入口引入分离器中，萃取溶剂从至少两个萃取溶剂入口引入该分离器中，含低聚糖残渣从残渣排放口移出该分离器，并且含酸萃取溶剂从萃取溶剂排放口移出该分离器；其中通过该排放口从该分离器中移除该萃取溶剂发生在至少一个该萃取溶剂入口的下游和至少另一个该萃取溶剂入口的上游。进一步地，本发明还提供了一种从纤维素材料生产含低聚糖残渣的方法，其中该纤维素材料经酸水解生成水解产物的水溶液，该水解产物从水解产物入口引入分离器中，萃取溶剂从至少两个萃取溶剂入口引入该分离器中，含低聚糖残渣从残渣排放口移出该分离器，并且含酸萃取溶剂从萃取溶剂排放口移出该分离器；其中将该水解产物入口和该萃取溶剂排放口设置在适当位置，使从该水解产物入口至该萃取溶剂排放口的流动时间至少为10秒。
更具体地，整个过程通常包括以下步骤：
(i)用酸的水溶液水解纤维素材料，生成水解产物；
(ii)用萃取溶剂从水解产物中萃取酸和水，以生成(a)含有萃取溶剂的第一酸性水溶液和(b)含低聚糖残渣；
(iii)残渣进行低聚糖裂解反应(oligosaccharide cleavage reaction)，以生成可发酵糖的水溶液；
(iv)发酵可发酵糖，并从生成的发酵混合物中蒸馏醇；
(v)从第一溶液中蒸发萃取溶剂，以生成(a)第二酸性水溶液和(b)气态萃取溶剂；
(vi)可选但优选地，冷凝气态萃取溶剂，以循环再利用；以及可选地但优选地，
(vii)浓缩第二酸性水溶液，以循环再利用。
萃取步骤，即步骤(ii)，可以在常压或者高压的条件下进行，例如1-10bar(巴)、优选地为1-6bar。通常，该步骤在高温条件下进行，例如30℃-70℃、优选地为40℃-60℃、特别是50℃-55℃。优选地，萃取步骤的温度在步骤(i)温度的15℃、特别是在10℃的范围内，且压力在步骤(i)压力的1bar、特别是在0.5bar的范围内。
蒸发步骤，即步骤(v)，也可以在常压或者高压的条件下进行，例如高达8bar、优选地为1-5bar，温度为25℃-60℃、优选地为40℃-55℃。然而，温度和压力的组合应该使萃取溶剂在该条件下为气态。优选地，蒸发步骤在步骤(ii)温度的15℃、特别是在10℃的范围内的温度下进行。同样地，蒸发步骤优选是在步骤(ii)压力的5bar、特别是在3bar的范围内进行。因此，优选在高压条件下进行步骤(ii)和在较低压力条件下进行步骤(v)。
冷凝步骤，即步骤(vi)，优选在温度0℃-60℃、特别是在20℃-55℃的范围内，在常压或者加压，例如高达10bar、特别是高达6bar的条件下进行。然而，温度和压力的组合应该使萃取溶剂在该条件下为液体。优选地，冷凝步骤的温度在步骤(ii)温度的15℃、特别是在10℃的范围内，且压力在步骤(ii)压力的1bar、特别是在0.5bar的范围内。通过冷却进行冷凝优选使用当地环境的水进行，例如，来自河流、湖泊或者特别是海洋的水。
当然，步骤(vi)生成的冷凝萃取溶剂可以含水，但含水量通常不能过高以致会阻碍步骤(ii)中低聚糖的沉淀。若需要，回收的萃取溶剂可与新鲜的萃取溶剂混合，以进行步骤(ii)。
萃取溶剂可以是单一的溶剂化合物或者是至少两种化合物的组合物。通常，化合物是至少部分水溶性的有机溶剂，方便地，溶剂选自每个分子最多含八个碳原子的醇、醚和酮；然而，也可使用其它至少部分水溶性的有机溶剂。优选地，该化合物对酵母或者细菌没有剧毒，因为一些萃取溶剂可能被带入发酵步骤。优选化合物的实例包括甲基乙基酮、丙酮、甲醇、乙醇、正丙醇和异丙醇。
本发明方法中所用的酸可以是任意的强酸，但通常为无机酸，如磷酸或硫酸。优选使用硫酸；通常不优选使用盐酸。特别优选使用硫酸和磷酸的混合物，体积比例如为1∶1至4∶1、特别是大约为2∶1。
优选地，与纤维素起始材料接触的酸溶液符合酸∶水重量比为1∶1至4∶1、特别是大约3∶1。通常可使用具有纤维素材料进行强酸水解所用pH值的酸溶液。应该注意的是，可以分别加入酸和水、或者稀释或浓缩加入的初始酸，以得到想要的酸∶水平衡。
酸水解可以传统方式进行。通常放热的水解在连续冷却(例如水冷却)下的基底(basis)上进行，以将水解混合物的温度维持在50℃-55℃。酸溶液∶纤维素材料的重量比通常为2∶1至4∶1，水解时间一般为1小时至4小时、特别是大约2小时。通过该方法，纤维素分解生成低聚糖，该低聚糖可以用萃取溶剂沉淀出来生成木质素/糖悬浮液。
若需要，从分离器移出的残渣悬浮液可以用萃取溶剂洗涤；若需要，可排出液体；若需要，可对其进行干燥。或者，可在加水后将糖溶入溶液，直接用该残渣悬浮液进行低聚糖裂解步骤。低聚糖裂解反应可通过酶完成，或者可选择且优选地通过酸水解完成。实际上，保留在未洗的悬浮液中的残余酸足以通过这样的二次酸水解步骤以继续进行低聚糖的裂解。可选择地，可以进一步加入酸，例如将糖溶液中的酸含量提升到大约0.1-5％(重量)、特别是0.5-2％(重量)、具体大约为1％(重量)。不需要加入过量的酸，因为二级酸水解后，必须将得到的水解产物中和至适于微生物(一般为酵母)发酵的pH值。该二次水解可以在低聚糖弱酸水解的传统条件下进行，例如温度大约为140℃、压力为5-6bar、持续时间大约为2小时。
发酵前，优选过滤水溶液中的可发酵糖以回收所有木质素。优选地，洗涤该木质素以回收所有夹带的糖以进行发酵，并将木质素压缩作为燃料使用，例如为整个醇生产过程中的其中一步或者更多步骤提供能量。
纤维素原材料可以是任何便利的纤维素材料，例如草、秸秆、木材(例如锯屑或者木屑)、纸、玉米皮等。特别优选使用稻草。
在纤维素原材料是稻草的情况下，木质素/糖混合物中会含有精细硅颗粒，可以通过过滤回收，例如对木质素和硅使用不同尺寸的网筛或者可以从木质素的燃烧残余物中回收。这样的硅颗粒是有用的，例如作为涂料添加剂、制药压片助剂、或者催化剂载体(例如，用于烯烃聚合)，并且对硅颗粒的采集和应用构成本发明进一步方面。
用于发酵步骤的微生物可以是任何能够将可发酵糖转化为醇的微生物，例如啤酒酵母。然而，优选使用既可以转化由全纤维素水解生成的戊糖，又可以转化由纤维素水解生成的己糖的酵母或酵母混合物。这样的酵母可以在市场上买到。在使用除了啤酒酵母以外的微生物(例如，拜氏梭菌(C.beijerinckii)BA101)进行发酵的情况下，可以生产除了乙醇的醇，特别是丁醇，这些醇也可以用作生物燃料。本发明包含这些其它醇的生产。
蒸馏可以传统方式完成。
使用本发明生产的糖可通过面包酵母(Baker′s yeast)或其它微生物酵母进行发酵或呼吸作用，以生成很多不同的生物产生的化合物，诸如丙三醇、丙酮、有机酸(例如，丁酸、乳酸、乙酸)、氢气、甲烷、生物高分子、单细胞蛋白(SCP)、抗生素和其它药物。特殊蛋白、酶或者其它化合物也可以从生长在糖上的细胞中提取出来。此外，糖可以通过化学和物理方法(而不是生物方法)转化为所需的最终产物，例如，木糖经回流沸腾会生成糠醛。因此，本发明除醇之外，还包含所有其它这样生成的化合物的生产。
在本发明方法中所用的装置一般包括：水解反应器；第一分离器，用于接收来自该反应器的水解产物并排放低聚糖悬浮液；第二分离器，用于接收来自该第一分离器的萃取溶剂/水混合物并排放酸性水溶液；酸储存器，用于为该反应器提供酸；萃取溶剂储存器，用于为该第一分离器提供有机萃取溶剂；以及冷凝器，用于接收来自该第二分离器的该气态萃取溶剂，并以液体形式排放该萃取溶剂，以再循环利用。
优选地，该装置还包括用于再循环酸和萃取溶剂以及将纤维素材料注入反应器的组件。为了方便，该装置还包括用于低聚糖悬浮液下游处理的组件，例如进一步水解反应器、用于中和残余酸的碱储存器、发酵罐和蒸馏部件。
为了允许当分批进行个别步骤时工序的连续操作，可以将装置中的个别部件加倍，即并联这些部件，这样当一个在运转时另一个在装载/卸载。这是用于二次酸水解、发酵、蒸馏及木质素分离步骤的特例。
通过两个替代方法也可以提高木质素的回收率，该方法构成本发明的进一步方面。第一方面，本发明提供了一种从纤维素材料生产醇的方法，其中该纤维素材料经酸水解生成水解产物的水溶液，该水解产物从水解产物入口引入分离器中，萃取溶剂从萃取溶剂入口引入该分离器中，含低聚糖残渣从残渣排放口移出该分离器，以及含酸萃取溶剂从萃取溶剂排放口移出该分离器；其中，该水解产物入口和该萃取溶剂排放口位于该萃取溶剂入口的上方，该水解产物入口位于该萃取溶剂排放口处或者该萃取溶剂排放口下方，并且该分离器在该水解产物入口处、或者该水解产物入口与该萃取溶剂排放口之间的内部横截面积大于该萃取溶剂入口与该萃取溶剂排放口之间的平均内部横截面积。这两个进一步方面的第二方面，本发明提供了一种从纤维素材料生产醇的方法，其中该纤维素材料经酸水解生成水解产物的水溶液，该水解产物从水解产物入口引入分离器中，萃取溶剂从萃取溶剂入口引入该分离器中，含低聚糖残渣从残渣排放口移出该分离器，并且含酸萃取溶剂从萃取溶剂排放口移出该分离器；其中，该水解产物入口位于该分离器上低于从该萃取溶剂入口至该萃取溶剂排放口的萃取溶剂流道至少10％的位置。这种情况下，按照流道百分比指时间百分比。这可以理论计算得出，或者使用上述标记物通过实验确定。
从另一方面来看，本发明进一步提供了一种从纤维素材料生产含低聚糖残渣的方法，其中该纤维素材料经酸水解生成水解产物的水溶液，该水解产物从水解产物入口引入分离器中，萃取溶剂从萃取溶剂入口引入该分离器中，含低聚糖残渣从残渣排放口移出该分离器，并且含酸萃取溶剂从萃取溶剂排放口移出该分离器；其中，该水解产物入口和该萃取溶剂排放口位于该萃取溶剂入口的上方，该水解产物入口位于该萃取溶剂排放口处或者该萃取溶剂排放口下方，并且该分离器在该水解产物入口处、或者该水解产物入口与该萃取溶剂排放口之间的内部横截面积大于该萃取溶剂入口与该萃取溶剂排放口之间的平均内部横截面积。同样，另一方面，该发明提供了一种从纤维素材料生产含低聚糖残渣的方法，其中该纤维素材料经酸水解生成水解产物的水溶液，该水解产物从水解产物入口引入分离器中，萃取溶剂从萃取溶剂入口引入该分离器中，含低聚糖残渣从残渣排放口移出该分离器，并且含酸萃取溶剂从萃取溶剂排放口移出该分离器；其中，该水解产物入口位于该分离器上低于从该萃取溶剂入口至该萃取溶剂排放口的萃取溶剂流道至少10％的位置。
可用于进行本发明的这进一步两个方面的装置本身构成本发明的进一步方面。因此，从另一方面来看，本发明提供了一种从纤维素材料生产低聚糖的装置，该装置包括酸水解反应器和分离器，低聚糖流道贯穿在分离器中；该分离器具有：水解产物入口，用于从该反应器接收水解产物；萃取溶剂入口，用于引入萃取溶剂；残渣排放口，用于移除含低聚糖残渣；以及萃取溶剂排放口，用于移除含酸萃取溶剂；其中，该水解产物入口和该萃取溶剂排放口位于该萃取溶剂入口的上方，该水解产物入口位于该萃取溶剂排放口处或者该萃取溶剂排放口下方，并且该分离器在该水解产物入口处、或者该水解产物入口与该萃取溶剂排放口之间的内部横截面积大于该萃取溶剂入口与该萃取溶剂排放口之间的平均内部横截面积。从另一方面来看，本发明还提供了一种从纤维素材料生产低聚糖的装置，该装置包括酸水解反应器和分离器，低聚糖流道贯穿在分离器中；该分离器具有：水解产物入口，用于从该反应器接收水解产物；萃取溶剂入口，用于引入萃取溶剂；残渣排放口，用于移除含低聚糖残渣；以及萃取溶剂排放口，用于移除含酸萃取溶剂；其中，该水解产物入口位于该分离器上低于从该萃取溶剂入口至该萃取溶剂排放口的萃取溶剂流道至少10％的位置。
这两个进一步方面的第一方面，具有非均匀横截面积的分离器的作用是在水解产物入口处、或者水解产物入口和溶剂出口之间，为萃取溶剂产生一个流速降低的区域。用这种方法，能够使糖颗粒生长到依靠重力可防止其在溶剂离开分离器时被夹带走的水平。该非均匀横截面积可以通过很多方式得到，例如，使分离器为倒锥形或者为其设置侧面延伸部(其中开设有水解产物入口)。然而优选地，通过使分离器以两个连接的同轴圆柱的形式来得到该效果，其中上面圆柱的直径较大。总之，从水解产物入口附近到溶剂出口，萃取溶剂流速的任何降低都会提高糖的回收率；然而，相对于从溶剂入口到溶剂出口的平均流速，流速降低优选为10-90％、特别是30-80％。
这两个进一步方面的第二方面，溶剂入口优选在分离器底部附近(例如，在分离器高度的10％内)且溶剂出口优选在分离器的顶部或其附近，同时水解产物入口优选在分离器高度(从底部起)的50-95％、特别是65-85％内。若需要，本发明各种不同的方面可进行结合，例如与水解产物入口位于分离器上较高处(位于溶剂流速降低的区域、或其附近或其下方)相结合。
对于这两个进一步方面来说，早些描述的关于第一方面的方法和装置特征可用于任何兼容的地方。
在需要的地方，分离器可以包括多个容器，且在特别优选的实施例中，水解产物和酸性萃取溶剂水溶液注入第一分离容器；酸性萃取溶剂的水溶液从该第一容器排出，以回收萃取溶剂；含颗粒的水解产物从第一分离容器注入第二分离容器，也向第二分离容器中注入萃取溶剂。酸性萃取溶剂的水溶液从第二容器注入第一容器，并排出含木质素的固体。这种方式下，第一容器的直径优选比第二容器大，并优选包括搅拌器或者其它流体混合工具，第一容器实际上起到第一沉降槽的作用。若需要，第一容器中沉淀出来的固体可以直接移出，而不用转移至第二分离容器。
附图说明
现在，参考下面非限制性实例和附图来进一步描述本发明的实施例，其中：
图1是根据本发明的装置的示意图；
图2是用于本发明第一种方法的双柱分离器的示意图；
图3是用于本发明另一方法的具有非均匀直径的分离器的示意图；
图4是用于本发明方法的另一分离器的示意图；
图5是用于本发明另一方法的另一具有非均匀直径的分离器的示意图。
具体实施方式
参考图1，示出了用于将木浆转化为乙醇的装置1。从料斗3将稻草2注入含有旋转螺杆的水解反应器4中，操作该旋转螺杆以确保稻草在反应器内的停留时间大约为2小时。反应器设置有水冷却套，以将水解混合物的温度维持在大约50℃-55℃。硫酸、磷酸及水以重量比为2∶1∶1从储存器5和储存器6、供水管道7以及酸再循环储存器23注入反应器4。来自反应器4的水解产物注入到第一分离柱8的顶部，并从第一分离柱8底部的出口14注入到第二逆流分离柱9的顶部，分离柱9具有内部平板10以延迟通流(through flow)。从储存器59向分离柱9的底部引入有机萃取溶剂，例如甲基乙基酮。在分离柱9中，水和酸溶于萃取溶剂，木质素和沉淀的低聚糖从分离柱的底部转入连续过滤部件61。酸/水/萃取溶剂混合物从分离柱9的顶部排出，并注入设置有混合器52的第一分离柱8的顶部。分离柱8的底部具有底部有出口14的室13，顶部具有另一排放口15，萃取溶剂从排放口15移出并转移到第三分离柱16。
来自过滤部件61的固态残渣转移到干燥器62，然后干燥的木质素/低聚糖混合物溶于水，并转移到第二水解反应器63。来自过滤部件61的液体转移到分离柱16。
在第二反应器63中，进一步的酸水解在140℃、5-6bar下进行2小时。在过滤部件64中过滤水解产物，以除去木质素，木质素经压缩、燃烧为整个装置提供能量。在转移到发酵部件66(其中加入啤酒酵母能够进行发酵)之前，在中和部件65内用碳酸钙中和可发酵糖的残余溶液。然后，发酵的混合物注入蒸馏部件67，在蒸馏部件67中蒸馏出乙醇，乙醇经过管道68排出。
分离柱16中的酸/水/萃取溶剂进行减压，以使萃取溶剂蒸发。气态萃取溶剂从分离柱16导入冷凝器20，在冷凝器20中进行加压以使萃取溶剂充分液化，液态萃取溶剂经管道21再循环至储存器59。剩余酸的水溶液从分离柱16注入蒸发部件22，真空条件下在蒸发部件22中除去水。含有一些溶解糖的剩余酸再循环至储存器23。
参考图2，更详细地示出了图1所示的分离器，包括用于传送水解产物的泵28和泵29，以及用于注入萃取溶剂的泵30。
参考图3，示出了具有水解产物入口32、萃取溶剂入口33、萃取溶剂排放口34和残渣排放口35的分离器31。分离器呈两个连接的垂直圆筒36和垂直圆筒37的形式，上部圆筒直径较大，以便在到达溶剂出口之前降低溶剂的流速。如图1所示，在分离器中配置有平板10。
参考图4，示出了具有水解产物入口39、萃取溶剂入口40、萃取溶剂排出口41和残渣排出口42的分离器38。通常分离器为圆柱形，同时水解产物入口位于足够低于溶剂出口的位置，以在水解产物入口和溶剂出口之间的区域可以出现糖颗粒的生长以及糖的沉淀。如图1所示，分离器中配置有平板10。
参考图5，示出了包括沉降槽44和分离柱45的分离器43，沉降槽44配备有搅拌器46，分离柱45配备有平板47。沉降槽44通过水解产物入口48接收水解产物，并通过管道49接收来自分离柱的酸性萃取溶剂的水溶液。用搅拌器46混合水解产物和萃取溶剂，生成一些固体沉淀。用泵51通过管道50从沉降槽44转移固体和水解产物。新鲜的(或者再循环的)萃取溶剂通过入口52注入柱45的底部，酸性萃取溶剂的水溶液通过管道49从柱45的顶部排出，并进入沉降槽44，通过出口53从沉降槽44排出酸性萃取溶剂的水溶液，以回收萃取溶剂。固体(即糖和木质素)通过出口54从柱45的底部排出。

Claims (11)

1.一种从纤维素材料生产醇的方法，其特征在于，该纤维素材料经酸水解生成水解产物的水溶液，该水解产物从水解产物入口引入分离器中，萃取溶剂从至少两个萃取溶剂入口引入该分离器中，含低聚糖残渣从残渣排放口移出该分离器，并且含酸萃取溶剂从萃取溶剂排放口移出该分离器；其中通过该萃取溶剂排放口从该分离器中移除该萃取溶剂发生在至少一个该萃取溶剂入口的下游和至少另一个该萃取溶剂入口的上游。
2.一种从纤维素材料生产含低聚糖残渣的方法，其特征在于，该纤维素材料经酸水解生成水解产物的水溶液，该水解产物从水解产物入口引入分离器中，萃取溶剂从萃取溶剂入口引入该分离器中，含低聚糖残渣从残渣排放口移出该分离器，并且含酸萃取溶剂从萃取溶剂排放口移出该分离器；其中将该水解产物入口和该萃取溶剂排放口设置为使从该水解产物入口到该萃取溶剂排放口的流动时间至少为10秒。
3.一种从纤维素材料生产醇的方法，其特征在于，该纤维素材料经酸水解生成水解产物的水溶液，该水解产物从水解产物入口引入到分离器中，萃取溶剂从萃取溶剂入口引入该分离器中，含低聚糖残渣从残渣排放口移出该分离器，并且将含酸萃取溶剂从萃取溶剂排放口移出该分离器；其中，该水解产物入口和该萃取溶剂排放口位于该萃取溶剂入口的上方，该水解产物入口位于该萃取溶剂排放口处或者该萃取溶剂排放口下方，并且该分离器在该水解产物入口处、或者该水解产物入口与该萃取溶剂排放口之间的内部横截面积大于该萃取溶剂入口与该萃取溶剂排放口之间的平均内部横截面积。
4.一种从纤维素材料生产醇的方法，其特征在于，该纤维素材料经酸水解生成水解产物的水溶液，该水解产物从水解产物入口引入分离器中，萃取溶剂从萃取溶剂入口引入该分离器中，含低聚糖残渣从残渣排放口移出该分离器，并且含酸萃取溶剂从萃取溶剂排放口移出该分离器；其中，该水解产物入口位于该分离器上低于从该萃取溶剂入口至该萃取溶剂排放口的萃取溶剂流道至少10％的位置。
5.一种从纤维素材料生产低聚糖的装置，其特征在于，该装置包括酸水解反应器和分离器，低聚糖流道贯穿在分离器中；该分离器具有：水解产物入口，用于从该反应器接收水解产物；至少两个萃取溶剂入口，用于引入萃取溶剂；残渣排放口，用于移除含低聚糖残渣；以及萃取溶剂排放口，用于移除含酸萃取溶剂；其中该萃取溶剂排放口位于流道上至少一个该萃取溶剂入口的下游和至少另一个该萃取溶剂入口的上游。
6.一种从纤维素材料生产低聚糖的装置，其特征在于，该装置包括酸水解反应器和分离器，低聚糖流道贯穿在分离器中；该分离器具有：水解产物入口，用于从该反应器接收水解产物；萃取溶剂入口，用于引入萃取溶剂；残渣排放口，用于移除含低聚糖残渣；以及萃取溶剂排放口，用于移除含酸萃取溶剂；其中，该水解产物入口和该萃取溶剂排放口位于该萃取溶剂入口的上方，该水解产物入口位于该萃取溶剂排放口处或者该萃取溶剂排放口下方，并且该分离器在该水解产物入口处、或者该水解产物入口与该萃取溶剂排放口之间的内部横截面积大于该萃取溶剂入口与该萃取溶剂排放口之间的平均内部横截面积。
7.一种从纤维素材料生产低聚糖的装置，其特征在于，该装置包括酸水解反应器和分离器，低聚糖流道贯穿在分离器中；该分离器具有：水解产物入口，用于从该反应器接收水解产物；萃取溶剂入口，用于引入萃取溶剂；残渣排放口，用于移除含低聚糖残渣；以及萃取溶剂排放口，用于移除含酸萃取溶剂；其中，该水解产物入口位于该分离器上低于从该萃取溶剂入口至该萃取溶剂排放口的萃取溶剂流道至少10％的位置。
8.一种从纤维素材料生产含低聚糖残渣的方法，其特征在于，该纤维素材料经酸水解生成水解产物的水溶液，该水解产物从水解产物入口引入分离器中，萃取溶剂从至少两个萃取溶剂入口引入该分离器中，含低聚糖残渣从残渣排放口移出该分离器，并且含酸萃取溶剂从萃取溶剂排放口移出该分离器；其中通过该萃取溶剂排放口从该分离器中移除该萃取溶剂发生在至少一个该萃取溶剂入口的下游和至少另一个该萃取溶剂入口的上游。
9.一种从纤维素材料生产含低聚糖残渣的方法，其特征在于，该纤维素材料经酸水解生成水解产物的水溶液，该水解产物从水解产物入口引入分离器中，萃取溶剂从至少两个萃取溶剂入口引入该分离器中，含低聚糖残渣从残渣排放口移出该分离器，并且含酸萃取溶剂从萃取溶剂排放口移出该分离器；其中将该水解产物入口和该萃取溶剂排放口设置为使从该水解产物入口到该萃取溶剂排放口的流动时间至少为10秒。
10.一种从纤维素材料生产含低聚糖残渣的方法，其特征在于，该纤维素材料经酸水解生成水解产物的水溶液，该水解产物从水解产物入口引入分离器中，萃取溶剂从萃取溶剂入口引入该分离器中，含低聚糖残渣从残渣排放口移出该分离器，并且含酸萃取溶剂从萃取溶剂排放口移出该分离器；其中，该水解产物入口和该萃取溶剂排放口位于该萃取溶剂入口的上方，该水解产物入口位于该萃取溶剂排放口处或者该萃取溶剂排放口下方，并且该分离器在该水解产物入口处、或者该水解产物入口与该萃取溶剂排放口之间的内部横截面积大于该萃取溶剂入口与该萃取溶剂排放口之间的平均内部横截面积。
11.一种从纤维素材料生产含低聚糖残渣的方法，其特征在于，该纤维素材料经酸水解生成水解产物的水溶液，该水解产物从水解产物入口引入分离器中，萃取溶剂从萃取溶剂入口引入该分离器中，含低聚糖残渣从残渣排放口移出该分离器，并且含酸萃取溶剂从萃取溶剂排放口移出该分离器；其中，该水解产物入口位于该分离器上低于从该萃取溶剂入口至该萃取溶剂排放口的萃取溶剂流道至少10％的位置。
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