JP4866845B2 - カルボン酸及びアルコールへのバイオマスの転換用の方法及び系 - Google Patents

カルボン酸及びアルコールへのバイオマスの転換用の方法及び系 Download PDF

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Description

本発明は、統合された予備処理、発酵、脱水、及び処理工程を通じて、カルボン酸及び第一級アルコールのような、有用な物質へバイオマスを転換する方法に関する。より具体的には、それは、リグノセルロース系のバイオマスへ適用される方法に関することもある。
大量のバイオマスは、特にリグノセルロース系のバイオマスは、農業の及び産業の工程の間に、未使用のもの又は非効率的に使用されるもののままである。このバイオマスの廃棄は、しばしば、困難な又は高価なことである。従って、有用な化学物質を生産するためにこのバイオマスを使用する方法は、かなり金銭的価値のあるものである。
有機酸は、商業の重要な化学物質である。歴史的に、有機酸は、動物の脂肪若しくは野菜の油の源から、又は、実質的に非水系における石油の源から、生産された。より最近では、有機酸は、発酵によるバイオマスからの製造用の最も魅力的な生産物として識別されてきた。アルコールは、また、バイオマスの発酵によって生産されることもある重要な産業の化学物質である。しかしながら、全体的な発酵生産物からの有機酸及びアルコールの抽出は、容易なことではないと共に、エネルギー、水、及び反応物の化学物質の使用においてしばしば非効率的なことである。
本発明は、カルボン酸及び／又は第一級アルコールへのバイオマスの転換用の方法、工程、及び装置を含む。
一つの実施形態に従って、本発明は、バイオマスの転換用の系を含む。その系は、処理されたバイオマスを生産するために、石灰又は生石灰及び空気でバイオマスを予備処理する、と共に、カルボン酸の塩を含有する発酵培養液を生産するために、接種物でその処理されたバイオマスを発酵させる、ための動作可能な予備処理／発酵の部分系を含む。その系は、また、濃縮された生産物を生産するために、その発酵培養液から過剰な水を取り除くための動作可能な脱水の部分系を含む。最後に、その系は、それらカルボン酸の塩から低分子量の第三級アミン又はアンモニアのカルボン酸塩の生産物を生産するために、低分子量の第三級アミン又はアンモニアとその濃縮された生産物を組み合わせる、高分子量の第三級アミンのカルボン酸塩の生産物を形成するために、その低分子量の第三級アミン又はアンモニアのカルボン酸塩の生産物におけるその低分子量の第三級アミン又はアンモニアを、高分子量の第三級アミンで置き換える、及び、混合されたカルボン酸の生産物を生産するために、その高分子量の第三級アミンのカルボン酸塩の生産物におけるアミン−カルボン酸塩の結合を熱的に切断する、ための動作可能な酸のわき出しの部分系を含む。
より具体的な実施形態において、その系は、また、エステルを形成するために、高分子量のアルコールとその混合されたカルボン酸の生産物を組み合わせる、水素化の触媒を使用してアルコールの混合物へそのエステルを転換する、及び、その高分子量のアルコールからそのアルコールの混合物を分離するための動作可能な水素化の部分系を含むこともある。
別の実施形態に従って、本発明は、発酵生産物を得る方法を含む。その方法は、発酵培養液を生産するために、石灰又は生石灰、水、接種物、及び空気でバイオマスの積み重ねを処理すること、酸性化された発酵培養液を生産するために、高分子量のカルボン酸でその発酵培養液を酸性化すること、ストリッピングされた発酵培養液を生産するために、ストリッピングカラムにおいてその発酵培養液をストリッピングすること、濃縮された生産物を得るために、蒸発器においてそのストリッピングされた発酵培養液を濃縮すること、低分子量の第三級アミン又はアンモニアのカルボン酸塩を生産するために、低分子量の第三級アミン又はアンモニア及び二酸化炭素とその濃縮された生産物を混合すること、高分子量の第三級アミンのカルボン酸塩を生産するために、高分子量の第三級アミンとその低分子量の第三級アミン又はアンモニアのカルボン酸塩を交換すること、遊離のカルボン酸の生産物を生産するために、酸／アミンの結合を切断するために十分な温度までその高分子量の第三級アミンのカルボン酸塩を加熱すること、及び、その遊離のカルボン酸の生産物を回収すること、を含むこともある。
より具体的な実施形態において、その方法は、また、エステルを形成するために、高分子量のアルコールとそのカルボン酸の生産物を組み合わせること、アルコールの生産物を形成するために、そのエステルを水素化すること、そのアルコールの生産物からその高分子量のアルコールを分離すること、及び、そのアルコールの生産物を回収すること、を含むこともある。
本発明は、図面と併せて取り上げられた、以下に続く詳細な説明の参照を通じて、より良好に理解されることもある。
本発明は、カルボン酸、及び、アルコール、特に第一級アルコールへの、バイオマス、特にリグノセルロース系のバイオマス、の転換用の、系、方法、及びデバイスに関する。
今、図１を参照して、バイオマスの積み重ね１２が、石灰又は生石灰（炭酸カルシウム又は酸化カルシウム）及び（示されない）二酸化炭素とブレンドされると共に砂利１６で充填されたくぼみ１４の上部に積み重ねられることもある、予備処理及び濾過の系１０が、提供されることもある。くぼみ１４は、また、裏地１８で裏を付けられることもある。バイオマスの積み重ね１２は、いずれの種類のバイオマスをも含むことがある。選択された実施形態においては、それは、加工されたサトウキビ若しくはモロコシの茎又はトウモロコシのかいばのような、リグノセルロース系のバイオマスを含むこともある。穿孔された排液管２０は、砂利１６に埋め込まれることもある。特に系１０が、外側にあるとすれば、バイオマスの積み重ね１２は、雨水及びがれき類を外に出したままにするために、覆い２２によって覆われることもある。ポンプ２４は、くぼみ１４からバイオマスの積み重ね１２の上部まで水３４を循環させることもある。水３４が、積み重ね１２を通じて循環すると、それは、その温度を規制することもある、熱交換器２６を通じて流動することもある。冷却水又は熱源２８は、また、熱交換器２６を通じて循環することもある。
バイオマスの積み重ね１２が集合させられた後における、おおよそ最初の一ヶ月の間に、空気３８は、送風器３０を使用して、積み重ね１２を通じて送風されることもある。その空気から二酸化炭素を取り除くために、それは、石灰水のスラリー３２を通じて泡立たせられることもある。酸素が豊富な空気２８は、また、供給されることもある。積み重ね１２における石灰プラス空気２８の組み合わせられた効果は、そのバイオマスからリグニンを取り除くが、それを、より消化可能なものにする。さらに、その石灰は、ヘミセルロースからアセチル基を取り除くが、それは、また消化可能性を援助する。一度その石灰が、排出されると、そのｐＨは、中性のものの近くまで降下するが、その点では、混合された培養物の接種物が、加えられることもある。
その接種物は、いずれの源に由来したものであってもよいが、しかし、多数の実施形態においては、それは、土壌に由来したものであることもある。海洋環境において有機物の豊富な土壌に由来した生物体は、本発明の実施形態との使用に特に良好に適合したものであるように見える。このような生物体は、多い塩の環境において生産的なものであることができる。例えば、その接種物は、塩に耐性のある微生物を含むこともある。
接種の後に、それら生物体は、そのバイオマスを消化すると共に、それをカルボン酸へ転換する。それらの酸は、積み重ね１２における炭酸カルシウム又は酸化カルシウムと反応するが、カルボン酸カルシウム塩又はその積み重ねを通じて循環する水に溶解させられる他のカルシウム塩を生産する。発酵培養液３６と呼ばれる、この水溶液は、収穫されると共にさらなる加工のために送られることもある。
今、図２を参照して、発酵培養液３６は、脱水の系４０において脱水されることもある。発酵培養液２６は、その培養液を予備加熱する、熱交換器２６を通じて汲み上げられることもある。そして、予備加熱された発酵培養液３６は、高分子量のカルボン酸４６（例．カプロン酸、吉草酸、ヘプタン酸（hepotanoic acid））で酸性化されることもある。酸性化された発酵培養液３６は、ストリッピングカラム４４へ送られることもあるが、そこでは、蒸気８０が、溶解した二酸化炭素、蒸発器５８と干渉すると共に炭酸カルシウムが熱交換器５６において外皮を付けることを引き起こすこともある不凝縮性の気体を中からストリッピングする。好ましくは、ストリッパー４４は、１気圧以上で動作することもあるが、それは、既存の蒸気８６が、その工程における他の場所で熱に使用されることを許容する。さらに、熱交換器４２が、溶解した炭酸カルシウムによって汚されたものになるとすれば、ストリッパー４４における圧力は、低減されることもあるが、それは、熱交換器４２を出る蒸気の温度を低下させると共に、汚れることを低減することもある。しかしながら、ストリッパー４４が、低減された圧力で動作させられるとすれば、（示されない）真空ポンプは、発酵培養液３６から不凝縮性の気体を取り除くために、必要とされることもある。
そして、蒸気でストリッピングされた、酸性化された発酵培養液３６は、混合器４８へ送られることもあるが、そこでは、そのｐＨは、浮きかす５４が沈殿することを引き起こす、貯蔵器７８からの石灰５０の追加を通じて、おおよそ１１と１２との間まで上昇させられることもある。そして、浮きかす５４は、固体分離器５２において取り除かれることもある。この脱気された、浮きかすが除かれた、発酵培養液３６は、熱交換器５６においてさらに加熱されることもあるが、その後に、それは、蒸発器５８に入ることもある。圧縮器６０は、蒸発器５８の低圧室から水を蒸発させることもある。蒸発器５８の高圧室において解放された濃縮の熱は、その低圧室に必要とされた蒸発の熱を提供することもある。その蒸発の工程を駆動するために必要とされたエネルギーは、エンジンによって提供されることもある。
図２に示された実施形態においては、組み合わせられたサイクルエンジンが、使用されることもあるが、それは、エネルギーの効率を増加させる。ガスタービン８８は、軸動力を圧縮器６０へ提供することもある。ガスタービンは、燃料７４を使用することもある。ガスタービン８８からの排気ガス７２は、蒸気タービン６４を駆動することもある高圧の蒸気を生産することもある、ボイラー６２へ方向付けられることもある。熱交換器６６は、蒸気タービン６４を出る低圧の蒸気を凝縮させることもある。冷却水７６は、この冷却することを容易にするために使用されることもある。蒸発器５８の高圧の区画からの蒸留された水８２は、熱交換器５６及び４２において冷却されることもあると共に、予備処理／発酵の系１０へ戻されることもある。濃縮された生産物６８は、熱交換器５６及び４２において冷却されると共に酸のわき出しの系９０へ送られることもある。液体タービン７０は、蒸発器５８を出る高圧の液体からいくらかの仕事を再度捕捉することもある。
ポンプ８４は、流体の流動を容易にするために、その系における様々な点で含まれることもある。
今、図３を参照して、濃縮された生産物６８は、次に、酸のわき出しの系９０へ送られることもある。混合器９２において、脱水の系４０からの濃縮された生産物６８は、二酸化炭素９４及びトリエチルアミンのような低分子量の第三級アミン９６と混合させられることもある。そのカルボン酸塩は、可溶な塩を形成するために、低分子量の第三級アミン９６と反応する。そのカルシウムは、固体分離器１００を使用して回収されることもある、不溶な炭酸カルシウム９８を形成するために、二酸化炭素９４と反応する。そして、炭酸カルシウム９８は、全ての低分子量の第三級アミン９６が炭酸カルシウム９８から取り除かれることを保証するために、容器１０２における付着する生産物及び蒸気でストリッピングされたものを取り除くために、蒸留した水で洗浄されることもある。そして、炭酸カルシウム９８は、緩衝剤として作用するために、予備処理／発酵の系１０へ、又は、石灰へ転換されるために、（示されない）石灰の炉へ、送られることもある。
水溶液１０４は、溶解した低分子量の第三級アミンのカルボン酸塩を含有する。そして、それは、熱交換器１０６において予備加熱されると共に蒸発器１０８へ送られることもあるが、そこでは、その水のほとんどが、脱水の系４０において使用された同じ蒸気圧縮技術を使用して、取り除かれることもある。具体的に、タービン１３０は、圧縮器１３２へエネルギーを提供することもある。蒸発器１０８を出る廃棄物の流体は、カラム１３４へ送られることもあるが、そこでは、それは、混合器９２へ付加的な生産物の流れを及び予備処理／発酵の系１０へ水１４０を提供するために、石灰１３６及び蒸気１３８と組み合わせられることもある。
そして、濃縮された低分子量の第三級アミンのカルボン酸塩の溶液１０４は、カラム１１０へ送られることもあるが、そこでは、トリオクチルアミン又はトリエタノールアミンのような、高分子量の第三級アミン１１２が、加えられることもある。高分子量の第三級アミンのカルボン酸塩の溶液１０４が、カラム１１０の下部を出ることもある一方で、低分子量の第三級アミン９６は、置き換えられると共にカラム１１０の上部を出ることもある。
そして、高分子量の第三級アミンのカルボン酸塩の溶液１０４は、熱交換器１１４において予備加熱されると共にカラム１１６へ送られることもある。カラム１１６において、その温度は、化学結合を切断するためには十分に高いものであることもあるが、より揮発性のカルボン酸１４６が、カラム１１６の上部を出ることを許容する。より揮発性でない高分子量の第三級アミン１１２は、そのカラムの下部を出ることもあると共に、カラム１１０へ再循環されることもある。
高分子量の第三級アミン１１２にあるいずれの塩１２０も、固体分離器１１８を使用して、取り除かれることもある。回収された塩１２０は、分離器１１８において高分子量の第三級アミン１１２を取り除くために、トリエチルアミンのような、揮発性の溶媒１２２で洗浄されることもある。溶媒１２２は、蒸留カラム１２４において、その回収された高分子量の第三級アミンから分離されることもある。そして、塩１２０は、揮発性の溶媒１２２を取り除くと共に固体１４４を形成するために、ストリッパー１２６において、蒸気でストリッピングされることもある。
系９０は、工程の熱を再循環するために使用されることもある様々な熱交換器１４０を含有することもある。様々な流体は、冷却水１４２、蒸気１４８、及び燃料１５０のような、これらの熱交換機を通過することもある。一つの熱交換器１４０において、脱水の系４０からの蒸気８６は、熱源として使用されると共にそして凝縮器１５２に収集されることもあるが、そこでは、二酸化炭素１５４が、水１５６から分離されることもあると共に、それは、発酵／予備処理の系１０へ戻されることもある。
ポンプ１５８は、また、流体の流動を容易にするために、その系における様々な点で含まれることもある。
今、図４を参照して、酸のわき出しの系９０からの混合させられたカルボン酸１４６は、水素化の系１７０へ送られることもある。混合させられた酸１４６は、カラム１７２に置かれると共にヘプタノールのような高分子量のアルコール１７４と組み合わせられることもある。カルボン酸１４６は、エステル１７６及び水１７８を形成するために、アルコール１７４と反応する。水１７８は、カラム１７２において分離されると共に熱交換器１８０へ送られると共にそしてカラム１７２へ戻される又は系１０、４０、９０、若しくは１７０における他の場所で使用されることもある。エステル１７６は、ラネー（Raney）ニッケルのような、適切な水素化の触媒を含有する水素化の反応器１８２へ送られることもある。反応器１８２において、水素２００が、加えられると共に、エスエル１７６が、アルコールへ転換される。固体は、固体分離器１８６を使用して、アルコール１８４から分離されることもある。アルコールの混合物１８４は、その下部から高分子量のアルコール１７４を、及び、その上部からアルコールの生産物１９０を、回収することもあるカラム１８８へ送られることもある。アルコールの生産物１９０は、第一級アルコールであることもある。
系１７０は、工程の熱を再循環するために使用されることもある様々な熱交換器１９２を含有することもある。様々な流体は、冷却水１９４及び蒸気１９６のような、これらの熱交換器を通過することもある。ポンプ１９８は、また、流体の流動を容易にするために、その系における様々な点で含まれることもある。
アルコールの生産無しにカルボン酸を回収するための代替の系は、当技術において知られるが、いずれも、図４の水素化の系の代わりに使用されることもある。
今、図５を参照して、系３００は、部分系３０２として、予備処理／発酵の系１０、脱水の系４０、酸のわき出しの系９０、及び、また自由選択で水素化の系１７０、を含むこともある。系３００は、異なる部分系３０２の間で、熱、水、石灰、二酸化炭素、及び、他の材料を再利用することもある。
明示的に示されない代替の実施形態において、アンモニアが、酸のわき出しの系９０における低分子量の第三級アミン９６の代わりに、使用されることもある。さらに、そのアンモニアが、より早期に供給されるとすれば、カルボン酸カルシウム、二酸化炭素、及びアンモニアの間の反応は、脱水の系４０の中へ入ることに先立って、起こることもある。この実施形態においては、カルボン酸カルシウムよりもむしろ、アンモニアのカルボン酸塩の水溶液が、脱水の系４０において蒸発させられることもある。これは、アンモニアの塩が、カルシウム塩よりも外皮を付けるより少ない傾向を有するので、熱交換器又は系４０において外皮を付けることを予防することを援助することもある。アンモニアは、また、安価なものであると共に、失われたアンモニアは、予備処理／発酵の系１０へそらされることもあるが、そこでは、それは、窒素源として役に立つこともある。しかしながら、アンモニアは、望まれた副産物ではないこともある、アミドを形成するために、カルボン酸と反応することもある。
本発明の実施形態は、上述した系の動作において伴われた全ての工程を含むこともある。今、図６を参照して、本発明は、カルボン酸及びアルコールを生産するための統合された方法を含むこともある。その方法は、発酵培養液３６を生産するために、ステップ４００において石灰又は生石灰、水３４、接種物、及び空気でバイオマス１２の積み重ねを処理することを含むこともある。ステップ４１０において、発酵培養液３６は、高分子量のカルボン酸４６で酸性化されると共に、そして、ステップ４２０において、ストリッピングカラム４４においてストリッピングされることもある。ステップ４３０において、その生産物は、濃縮された生産物６８を生産するために、蒸発器５８において濃縮されることもある。濃縮された生産物６８は、低分子量の第三級アミンのカルボン酸塩を形成するために、ステップ４４０において二酸化炭素９４及び低分子量の第三級アミン９６と混合させられる。このカルボン酸塩は、高分子量の第三級アミンのカルボン酸塩を生産するために、ステップ４５０において、カラム１１０において高分子量の第三級アミン１１２と交換されることもある。その高分子量の第三級アミンのカルボン酸塩は、ステップ４６０において、そのアミンに対するその酸の結合を切断するためには十分に高い温度まで、カラム１１６において加熱されることもある。これは、ステップ４７０において回収されることもあるカルボン酸１４６を生産する。いくつかの実施形態において、カルボン酸１４６は、ステップ４８０において、エステル１７６を形成するために、高分子量のアルコール１７４と組み合わせられることもある。ステップ４９０において、エステル１７６は、アルコールの生産物１９０を形成するために、室１８２において水素化されることもある。ステップ５００において、高分子量のアルコール１７４及びアルコールの生産物１９０は、カラム１８８において分離されることもある。アルコールの生産物１９０は、第一級アルコールであることもある。
代替の実施形態において、アンモニアは、低分子量の第三級アミン９６の代わりに使用されることもある。アンモニアは、ステップ４００の後に、直ちに加えられることもある。
本発明において有用な様々な方法、系、及び装置は、また、２０００年３月２８日に発行された米国特許第６，０４３，３９２号明細書、１９９９年１１月１６日に発行された米国特許第５，９８６，１３３号明細書、２００２年１１月１２日に発行された米国特許第６，４７８，９６５号明細書、２００２年５月２８日に発行された米国特許第６，３９５，９２６号明細書、１９９９年１０月５日に発行された米国特許第５，９６２，３０７号明細書、及び、２００４年５月２１に公開された国際公開第０４／０４１９９５号パンフレット、並びに、それらの米国及び外国の対応する出願及び特許に記述されることもある。上記の特許及び出願の全ては、ここでは、参照によって組み込まれる。
［付記］
付記（１）：
バイオマスの転換用の系であって、
処理されたバイオマスを生産するために、石灰又は生石灰及び空気でバイオマスを予備処理すると共に
カルボン酸の塩を含有する発酵培養液を生産するために、接種物で該処理されたバイオマスを発酵させる
ように動作可能な予備処理／発酵の部分系、
濃縮された生産物を生産するために、該発酵培養液から過剰な水を取り除く
ように動作可能な脱水の部分系、並びに、
該カルボン酸の塩から低分子量の第三級アミン又はアンモニアのカルボン酸塩の生産物を生産するために、低分子量の第三級アミン又はアンモニアと該濃縮された生産物を組み合わせる、
高分子量の第三級アミンのカルボン酸塩の生産物を形成するために、高分子量の第三級アミンと、該低分子量の第三級アミン又はアンモニアのカルボン酸塩の生産物における該低分子量の第三級アミン又はアンモニアを置き換える、及び、
混合させられたカルボン酸の生産物を生産するために、該高分子量の第三級アミンのカルボン酸塩の生産物におけるアミン−カルボン酸塩の結合を熱的に切断する
ように動作可能な酸のわき出しの部分系
を含む系。
付記（２）：
エステルを形成するために、高分子量のアルコールと前記混合させられたカルボン酸の生産物を組み合わせる、
水素化の触媒を使用してアルコールの混合物へ該エステルを転換する、及び、
該高分子量のアルコールから該アルコールの混合物を分離する
ように動作可能な水素化の部分系をさらに含む、付記（１）に記載の系。
付記（３）：
前記バイオマスは、リグノセルロース系のバイオマスを含む、付記（１）に記載の系。
付記（４）：
前記予備処理／発酵の部分系は、
裏地、
該裏地に置かれた砂利、及び
該砂利に埋め込まれた穿孔された排液管
を有するくぼみ、
該くぼみの上部に位置させられたバイオマスの積み重ね、
該バイオマスの積み重ね上の覆い、並びに
該くぼみから該バイオマスの積み重ねの上部まで水を循環させるように動作可能なポンプ
をさらに含む、付記（１）に記載の系。
付記（５）：
前記予備処理／発酵の系は、
該バイオマスの積み重ねを通じて空気を循環させるように動作可能な送風器、及び、
該空気から二酸化炭素を取り除くように動作可能な石灰水のスラリー
をさらに含む、付記（４）に記載の系。
付記（６）：
前記接種物は、塩に耐性のある微生物を含む、付記（１）に記載の系。
付記（７）：
前記脱水の部分系は、
酸性化された発酵培養液を生産するために、前記発酵培養液へ加えられた高分子量のカルボン酸、及び、
該酸性化された発酵培養液を濃縮するように動作可能な蒸発器
をさらに含む、付記（１）に記載の系。
付記（８）：
前記高分子量のカルボン酸は、カプロン酸、吉草酸、又はヘプタン酸を含む、付記（７）に記載の系。
付記（９）：
前記酸のわき出しの部分系は、
前記低分子量の第三級アミン又はアンモニア及び二酸化炭素と前記濃縮された生産物を混合するように動作可能な混合器、
高分子量の第三級アミンに、前記低分子量の第三級アミン又はアンモニアのカルボン酸塩の生産物における前記低分子量の第三級アミン又はアンモニアを交換するように動作可能なカラム、並びに、
混合させられたカルボン酸の生産物を生産するために、前記高分子量の第三級アミンのカルボン酸塩の生産物における前記アミン−カルボン酸塩の結合を熱的に切断するように動作可能なカラム
をさらに含む、付記（１）に記載の系。
付記（１０）：
前記低分子量の第三級アミンは、トリエチルアミンを含む、付記（１）に記載の系。
付記（１１）：
前記高分子量の第三級アミンは、トリオクチルアミン又はトリエタノールアミンを含む、付記（１）に記載の系。
付記（１２）：
前記水素化の部分系は、
エステルを形成するために、高分子量のアルコールと前記混合させられたカルボン酸の生産物を組み合わせるように動作可能なカラム、
水素化の触媒を使用してアルコールの混合物へ該エステルを転換するように動作可能な水素化の反応器、及び、
該高分子量のアルコールから該アルコールの混合物を分離するように動作可能なカラム
をさらに含む、付記（２）に記載の系。
付記（１３）：
前記高分子量のアルコールは、ヘプタノールを含む、付記（２）に記載の系。
付記（１４）：
前記アルコールの混合物は、実質的に、第一級アルコールを含む、付記（２）に記載の系。
付記（１５）：
少なくとも一つの部分系内の又は一つの部分系から別のものまで工程の熱を再循環させるように動作可能な系をさらに含む、付記（１）に記載の系。
付記（１６）：
少なくとも一つの部分系内の又は一つの部分系から別のものまで水を再循環させるように動作可能な系をさらに含む、付記（１）に記載の系。
付記（１７）：
少なくとも一つの部分系内の又は一つの部分系から別のものまで石灰又は生石灰を再循環させるように動作可能な系をさらに含む、付記（１）に記載の系。
付記（１８）：
バイオマスの転換用の系であって、
処理されたバイオマスを生産するために、石灰又は生石灰及び空気でバイオマスを予備処理すると共に
カルボン酸の塩を含有する発酵培養液を生産するために、接種物で該処理されたバイオマスを発酵させる
ように動作可能な予備処理／発酵の手段、
濃縮された生産物を生産するために、該発酵培養液から過剰な水を取り除く
ように動作可能な脱水の手段、並びに、
該カルボン酸の塩から低分子量の第三級アミン又はアンモニアのカルボン酸塩の生産物を生産するために、低分子量の第三級アミン又はアンモニアと該濃縮された生産物を組み合わせる、
高分子量の第三級アミンのカルボン酸塩の生産物を形成するために、高分子量の第三級アミンと、該低分子量の第三級アミン又はアンモニアのカルボン酸塩の生産物における該低分子量の第三級アミン又はアンモニアを置き換える、及び、
混合させられたカルボン酸の生産物を生産するために、該高分子量の第三級アミンのカルボン酸塩の生産物におけるアミン−カルボン酸塩の結合を熱的に切断する
ように動作可能な酸のわき出しの手段
を含む、系。
付記（１９）：
エステルを形成するために、高分子量のアルコールと前記混合させられたカルボン酸の生産物を組み合わせる、
水素化の触媒を使用してアルコールの混合物へ該エステルを転換する、及び、
該高分子量のアルコールから該アルコールの混合物を分離する
ように動作可能な水素化の手段をさらに含む、付記（１８）に記載の系。
付記（２０）：
発酵生産物を得る方法であって、
発酵培養液を生産するために、石灰又は生石灰、水、接種物、及び空気でバイオマスの積み重ねを処理すること、
酸性化された発酵培養液を生産するために、高分子量のカルボン酸で該発酵培養液を酸性化すること、
ストリッピングされた発酵培養液を生産するために、ストリッピングカラムにおいて該発酵培養液をストリッピングすること、
濃縮された生産物を生産するために、蒸発器において該ストリッピングされた発酵培養液を濃縮すること、
低分子量の第三級アミン又はアンモニアのカルボン酸塩を生産するために、低分子量の第三級アミン又はアンモニア及び二酸化炭素と該濃縮された生産物を混合すること、
高分子量の第三級アミンのカルボン酸塩を生産するために、高分子量の第三級アミンと該低分子量の第三級アミン又はアンモニアのカルボン酸塩を交換すること、
遊離のカルボン酸の生産物を生産するために、酸／アミン結合を切断するためには十分な温度まで該高分子量の第三級アミンのカルボン酸塩を加熱すること、並びに、
該遊離のカルボン酸の生産物を回収すること
を含む、方法。
付記（２１）：
エステルを形成するために、高分子量のアルコールと該カルボン酸の生産物を組み合わせること、
アルコールの生産物を形成するために、該エステルを水素化すること、
該アルコールの生産物から該高分子量のアルコールを分離すること、及び、
該アルコールの生産物を回収すること
をさらに含む、付記（２０）に記載の方法。
付記（２２）：
前記バイオマスは、リグノセルロース系のバイオマスを含む、付記（２０）に記載の方法。
付記（２３）：
前記アルコールの生産物は、実質的に、第一級アルコールを含む、付記（２２）に記載の方法。
図１は、本発明の実施形態に従った、予備処理及び発酵の系を図示する。 図２は、本発明の実施形態に従った、脱水の系を図示する。 図３は、本発明の実施形態に従った、酸のわき出しの系を図示する。 図４は、本発明の実施形態に従った、水素化の系を図示する。 図５は、本発明の実施形態に従った、バイオマスを転換する系を図示する。 図６は、本発明の実施形態に従った、カルボン酸及びアルコールを生産するための方法のフロー図を図示する。

Claims (18)

  1. バイオマスの転換用のシステムであって、
    前記システムが、
    空気を受けると共に、
    おおよそ第一の月の間に前記空気から二酸化炭素を取り除くと共に、
    処理されたバイオマスを生産するためにｐＨが中性の付近まで下がるまで石灰又は生石灰及び二酸化炭素の無い空気でバイオマスを予備処理すると共に、
    カルボン酸の塩を含有する発酵培養液を生産するために接種物で前記処理されたバイオマスを発酵させる
    ために動作可能な予備処理／発酵のサブシステム
    を含むと共に、
    前記接種物がアンモニア及び塩に耐性のある微生物を含むと共に、
    前記システムが、
    前記発酵培養液から二酸化炭素を徹底的にストリップすると共に、
    濃縮された生産物を生産するために前記発酵培養液から過剰な水を取り除く
    ために動作可能な脱水するサブシステム、
    並びに、
    前記カルボン酸の塩から低分子量の第三級アミン又はアンモニアのカルボン酸塩の生産物を生産するために低分子量の第三級アミン又はアンモニア及び二酸化炭素と前記濃縮された生産物を組み合わせると共に、
    高分子量の第三級アミンのカルボン酸塩の生産物を形成するために高分子量の第三級のアミンと前記低分子量の第三級アミン又はアンモニアのカルボン酸塩の生産物における前記低分子量の第三級アミン又はアンモニアを置き換えると共に、
    酸が生ずるサブシステム内で低分子量のアミンの一部分をリサイクルする又は前記予備処理／発酵のサブシステムへ酸が生ずるサブシステムから前記アンモニアの一部分をリサイクルすると共に、
    混合させられたカルボン酸の生産物を生産するために熱的に前記高分子量の第三級アミンのカルボン酸塩の生産物におけるアミン−カルボン酸塩の結合を切断する
    ために動作可能な酸が生ずるサブシステム
    を含む、システム。
  2. 請求項１に従ったシステムであって、さらに、
    エステルを形成するために高分子量のアルコールと前記混合させられたカルボン酸の生産物を組み合わせると共に、
    水素化の触媒を使用することでアルコールの混合物へ前記エステルを転換すると共に、
    前記高分子量のアルコールから前記アルコールの混合物を分離する
    ために動作可能な水素化のサブシステム
    を含む、システム。
  3. 請求項１に従ったシステムにおいて、
    前記バイオマスは、リグノセルロース系のバイオマスを含む、システム。
  4. 請求項１に従ったシステムにおいて、
    前記予備処理／発酵のサブシステムは、さらに、
    ライナー、
    前記ライナーに置かれた砂利、及び
    前記砂利に埋め込まれた穿孔された排液管
    を有するピット、
    前記ピットの上部に位置させられたバイオマスのパイル、
    前記バイオマスのパイルより上のカバー、並びに
    前記ピットから前記バイオマスのパイルの上部まで水を循環させるために動作可能なポンプ
    を含む、システム。
  5. 請求項４に従ったシステムにおいて、
    前記予備処理／発酵のサブシステムは、さらに
    前記バイオマスのパイルを通じて空気を循環させるために動作可能なブロワー、及び、
    前記空気から二酸化炭素を取り除くために動作可能な石灰水のスラリー
    を含む、システム。
  6. 請求項１に従ったシステムにおいて、
    前記脱水するサブシステムは、さらに、
    酸性化された発酵培養液を生産するために前記発酵培養液へ加えられた高分子量のカルボン酸、及び、
    前記酸性化された発酵培養液を濃縮するために動作可能なエバポレーター
    を含む、システム。
  7. 請求項６に従ったシステムにおいて、
    前記高分子量のカルボン酸は、カプロン酸、吉草酸、又はヘプタン酸を含む、システム。
  8. 請求項１に従ったシステムにおいて、
    前記酸が生ずるサブシステムは、さらに、
    前記低分子量の第三級アミン又はアンモニア及び二酸化炭素と前記濃縮された生産物を混合するために動作可能なミキサー、
    高分子量の第三級アミンに前記低分子量の第三級アミン又はアンモニアのカルボン酸塩の生産物における前記低分子量の第三級アミン又はアンモニアを交換するために動作可能なカラム、並びに、
    混合させられたカルボン酸の生産物を生産するために熱的に前記高分子量の第三級アミンのカルボン酸塩の生産物におけるアミン−カルボン酸塩の結合を切断するために動作可能なカラム
    を含む、システム。
  9. 請求項１に従ったシステムにおいて、
    前記低分子量の第三級アミンは、トリエチルアミンを含む、システム。
  10. 請求項１に従ったシステムにおいて、
    前記高分子量の第三級アミンは、トリオクチルアミン又はトリエタノールアミンを含む、システム。
  11. 請求項２に従ったシステムにおいて、
    前記水素化のサブシステムは、さらに、
    エステルを形成するために高分子量のアルコールと前記混合させられたカルボン酸の生産物を組み合わせるために動作可能なカラム、
    水素化の触媒を使用することでアルコールの混合物へ前記エステルを転換するために動作可能な水素化の反応器、及び、
    前記高分子量のアルコールから前記アルコールの混合物を分離するために動作可能なカラム
    を含む、システム。
  12. 請求項２に従ったシステムにおいて、
    前記高分子量のアルコールは、ヘプタノールを含む、システム。
  13. 請求項２に従ったシステムにおいて、
    前記アルコールの生産物は、第一級のアルコールを含む、システム。
  14. 請求項１に従ったシステムにおいて、
    前記システムは、少なくとも一つのサブシステム内において又は一つのサブシステムから別のものまで工程の熱をリサイクルするために動作可能なものである、システム。
  15. 請求項１に従ったシステムにおいて、
    前記システムは、少なくとも一つのサブシステム内において又は一つのサブシステムから別のものまで水をリサイクルするために動作可能なものである、システム。
  16. 請求項１に従ったシステムにおいて、
    前記システムは、少なくとも一つのサブシステム内において又は一つのサブシステムから別のものまで石灰又は生石灰をリサイクルするために動作可能なものである、システム。
  17. 発酵生産物を得るための方法であって、
    前記方法が、
    おおよそ第一の月の間に空気から二酸化炭素を取り除くこと、
    発酵培養液を生産するためにバイオマスのｐＨが中性の付近まで下がるまで石灰又は生石灰、水、接種物、及び二酸化炭素の無い空気でバイオマスのパイルを処理すること
    を含むと共に、
    前記接種物がアンモニア及び塩に耐性のある微生物を含むと共に、
    前記方法が、
    酸性化された発酵培養液を生産するために高分子量のカルボン酸で前記発酵培養液を酸性化すること、
    ストリップされた発酵培養液を生産するために前記発酵培養液に溶解させられた二酸化炭素を取り除くことによってストリッピングカラムにおいて前記発酵培養液をストリップすること、
    濃縮された生産物を生産するためにエバポレーターにおいて前記ストリップされた発酵培養液を濃縮すること、
    低分子量の第三級アミン又はアンモニアのカルボン酸塩を生産するために低分子量の第三級アミン又はアンモニア及び二酸化炭素と前記濃縮された生産物を混合すること、
    高分子量の第三級アミンのカルボン酸塩を生産するために高分子量の第三級のアミンと前記低分子量の第三級のアミン又はアンモニアのカルボン酸塩を交換すること、
    前記濃縮された生産物を混合するステップへ低分子量のアミンの一部分をリサイクルすること又は前記バイオマスのパイルを処理するステップへ前記アンモニアの一部分をリサイクルすること、
    遊離のカルボン酸の生産物を生産するために酸／アミンの結合を切断するために十分な温度まで前記高分子量の第三級アミンのカルボン酸塩を加熱すること、並びに、
    前記遊離のカルボン酸の生産物を回収すること
    を含む、方法。
  18. 請求項１７に従った方法であって、さらに、
    エステルを形成するために高分子量のアルコールと前記カルボン酸の生産物を組み合わせること、
    アルコールの生産物を形成するために前記エステルを水素化すること、
    前記アルコールの生産物から前記高分子量のアルコールを分離すること、及び、
    前記アルコールの生産物を回収すること
    を含む、方法。
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