處理生物質(zhì)材料的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的實(shí)施方案有效且經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)和回收乙醇或其它揮發(fā)性有機(jī)化合物。一個(gè)實(shí)施方案包括將生物質(zhì)材料的固體組分與適合于促進(jìn)糖化的溶液接觸。固體組分通過(guò)包括以下步驟的方法產(chǎn)生：將生物質(zhì)材料引入至無(wú)溶劑回收系統(tǒng)的隔室，其中所述生物質(zhì)材料含有一種或多種揮發(fā)性有機(jī)化合物；將生物質(zhì)材料與過(guò)熱蒸汽物流在隔室內(nèi)接觸，以將生物質(zhì)材料中的至少部分初始液體汽化；將蒸汽組分和固體組分與加熱的生物質(zhì)材料分離；和保留至少部分氣體組分，以作為部分所述過(guò)熱蒸汽物流使用。在一個(gè)實(shí)施方案中，將與溶液接觸的固體組分進(jìn)一步進(jìn)行酶水解和/或發(fā)酵。
【專利說(shuō)明】處理生物質(zhì)材料的方法和系統(tǒng)
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2012年5月17日提交的美國(guó)申請(qǐng)No. 61/648, 109和2013年3 月15日提交的美國(guó)申請(qǐng)No. 61/786, 844、以及2013年3月15日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng) No. 61/786, 860的權(quán)益，它們的公開(kāi)內(nèi)容在此通過(guò)參考全文引入。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明的實(shí)施方案總體涉及由生物質(zhì)材料制備揮發(fā)性有機(jī)化合物的方法，更具體 地涉及利用易獲取的可發(fā)酵糖的發(fā)酵來(lái)制備和回收揮發(fā)性有機(jī)化合物，以及由生物質(zhì)材料 中的木質(zhì)纖維素材料的進(jìn)一步處理來(lái)產(chǎn)生可發(fā)酵糖。

【背景技術(shù)】
[0004] 本節(jié)用來(lái)介紹可能與本發(fā)明示例性實(shí)施方案相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)的各個(gè)方面。據(jù)認(rèn)為 該討論有助于提供一個(gè)框架，以利于更好地理解本發(fā)明的具體方面。因此，應(yīng)理解要基于這 一點(diǎn)來(lái)閱讀本節(jié)，和不必作為對(duì)任何現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)可。
[0005] 隨著世界石油供給持續(xù)減少，對(duì)可取代各種石油產(chǎn)品（特別是運(yùn)輸燃料）的替代 材料的需求持續(xù)增長(zhǎng)。已經(jīng)有大量努力致力于開(kāi)發(fā)由除化石燃料外的資源提供能量的新方 法和系統(tǒng)。目前，很多努力用于由可再生生物質(zhì)材料生產(chǎn)生物乙醇和其它運(yùn)輸燃料及化學(xué) 品。一類生物質(zhì)是植物生物質(zhì)，它包含大量的碳水化合物，包括糖、淀粉、纖維素、木質(zhì)纖維 素、半纖維素。所述努力尤其集中在由易獲得的可發(fā)酵糖獲得乙醇和由纖維素材料獲得乙 醇。
[0006] 傳統(tǒng)的由玉米生產(chǎn)乙醇通常與寶貴的食物資源競(jìng)爭(zhēng)，這種競(jìng)爭(zhēng)可能由逐漸更加惡 劣的氣候條件而進(jìn)一步放大，這些氣候條件如干旱和洪水，它們對(duì)每年收獲的作物產(chǎn)量有 負(fù)面影響。來(lái)自傳統(tǒng)乙醇生產(chǎn)的競(jìng)爭(zhēng)可抬高食物價(jià)格。雖然其它作物已經(jīng)用作乙醇生產(chǎn)的 生物質(zhì)材料，但由于這些作物的氣候要求，使它們不適合在全球?qū)嵤?。例如，也可以由甘?有效生產(chǎn)乙醇，但只有在世界某些地區(qū)如巴西可行，因?yàn)槟抢锏臍夂蚩梢灾С纸晔斋@。
[0007] 進(jìn)一步地，可以由木質(zhì)纖維素生物質(zhì)釋放出另外的可發(fā)酵糖，所述木質(zhì)纖維素生 物質(zhì)包括半纖維素、纖維素以及少部分的木質(zhì)素和蛋白質(zhì)。當(dāng)從包含它們的細(xì)胞壁和聚合 物中釋放出來(lái)時(shí)，纖維素包括可以轉(zhuǎn)換成燃料和有價(jià)值化學(xué)品的糖。
[0008] 目前旨在處理木質(zhì)纖維生物質(zhì)的方法局限于包括未處理的生物質(zhì)材料或城市固 體廢物（MSW)的原料。未處理的生物質(zhì)包括甘蔗渣、森林資源、作物殘?jiān)蜐?干收獲的能 源作物。在它們可以被引入而用于木質(zhì)纖維素材料進(jìn)一步處理之前，這些傳統(tǒng)的原料源需 要貯存、運(yùn)輸、減小顆粒尺寸及附加的前端處理。例如，打包生物質(zhì)是昂貴的，且可能導(dǎo)致例 如火災(zāi)、侵蝕、灰塵、不希望的碎屑（例如巖石）和漢坦病毒等災(zāi)禍。進(jìn)一步地，與致密材料 相比，打包和運(yùn)輸森林資源是更加昂貴的，與粒徑已經(jīng)減小且不需要進(jìn)一步規(guī)格化的材料 相比，處理起來(lái)也更加昂貴。MSW還有與被管制的危險(xiǎn)金屬污染有關(guān)的挑戰(zhàn)，所述金屬帶來(lái) 差的燃料質(zhì)量危險(xiǎn)以及健康和安全危險(xiǎn)。森林資源如樹(shù)木運(yùn)輸起來(lái)很麻煩。進(jìn)一步地，森 林資源需要去皮、切碎成所需厚度的木塊和洗滌以除去任何殘余的泥土和臟物等。因此，對(duì) 于生物質(zhì)仍需要解決這些挑戰(zhàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的實(shí)施方案可以解決上述挑戰(zhàn)并提供其它優(yōu)點(diǎn)和特征。在一個(gè)實(shí)施方案 中，進(jìn)料可來(lái)自從揮發(fā)性有機(jī)化合物回收系統(tǒng)排出的固體組分。在該實(shí)施方案中，進(jìn)料在工 程系統(tǒng)中已經(jīng)是可流動(dòng)的，這使得進(jìn)料可直接通入反應(yīng)器中，以根據(jù)需要產(chǎn)生另外的可發(fā) 酵糖。本發(fā)明的實(shí)施方案可提供揮發(fā)性有機(jī)化合物回收設(shè)備，以從位置彼此鄰近的木質(zhì)纖 維素材料設(shè)備的發(fā)酵階段和進(jìn)一步處理過(guò)程回收產(chǎn)物。所述進(jìn)一步處理可產(chǎn)生可以轉(zhuǎn)換成 各種揮發(fā)性有機(jī)化合物的另外的可發(fā)酵糖。這些實(shí)施方案可以由木質(zhì)纖維素材料的發(fā)酵和 進(jìn)一步處理產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)化合物，可以減少與其它進(jìn)料在可以進(jìn)入木質(zhì)纖維素材料進(jìn)一 步處理的生產(chǎn)流程之前有關(guān)的貯存、處理和運(yùn)輸成本。這些實(shí)施方案還可以提供進(jìn)料的連 續(xù)供應(yīng)，與傳統(tǒng)的進(jìn)料（在到達(dá)用于木質(zhì)纖維素材料處理的生物質(zhì)裝置時(shí)或之前通常需要 貯存、運(yùn)輸和/或規(guī)格化）相比，所述進(jìn)料已經(jīng)規(guī)格化了，這降低了具體的相關(guān)費(fèi)用。
[0010] 當(dāng)將它運(yùn)輸?shù)接糜谀举|(zhì)纖維素材料處理的其它場(chǎng)所時(shí)，某些實(shí)施方案的進(jìn)料也可 能具有較低的處理與運(yùn)輸費(fèi)用。不同于其它的傳統(tǒng)進(jìn)料源，例如森林資源，某些實(shí)施方案 的進(jìn)料（已經(jīng)減小粒度）以預(yù)定的方式離開(kāi)揮發(fā)性有機(jī)化合物回收系統(tǒng)，這可以減少或消 除在進(jìn)料可進(jìn)入木質(zhì)纖維素材料處理之前的前端處理成本。本發(fā)明某些實(shí)施方案的進(jìn)料的 預(yù)先規(guī)格化的粒度分布使其處于與傳統(tǒng)進(jìn)料源相比更致密的形式，這可以降低運(yùn)輸成本， 因?yàn)閱挝惑w積可運(yùn)輸更多的這些實(shí)施方案的進(jìn)料。本發(fā)明的實(shí)施方案可提供與生物質(zhì)材料 所特有的收獲期無(wú)關(guān)的全年可獲取的進(jìn)料供給，從而減少進(jìn)一步處理植物的貯存需求和費(fèi) 用，并且不與人類寶貴的食物資源競(jìng)爭(zhēng)。
[0011] 此外，在某些實(shí)施方案中，與其它生物質(zhì)進(jìn)料源如玉米秸桿相比，根據(jù)本發(fā)明各方 面獲得的固體組分可允許更好的糖化，特別是預(yù)處理和酶水解。在具體實(shí)施方案中，在用 α -羥基乙烷磺酸（HESA)預(yù)處理和在不攪動(dòng)或混合（例如攪拌）預(yù)處理反應(yīng)混合物下酶水 解后，所固體組分可獲得相同或更好的葡萄糖產(chǎn)量。至少在預(yù)處理期間最小化或消除所述 混合或攪動(dòng)需求可允許更簡(jiǎn)單且更經(jīng)濟(jì)的規(guī)?；ɡ绻I(yè)規(guī)模）操作。在某些可能不需 要混合來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)處理目標(biāo)的實(shí)施方案中，在參數(shù)如單位體積功率、單位體積葉輪的泵排量、 剪切應(yīng)力曲線、反應(yīng)器幾何形狀和最終雷諾數(shù)放大期間不需要考慮太多，特別是針對(duì)多相 纖維系統(tǒng)如生物質(zhì)/水系統(tǒng)來(lái)說(shuō)。因此，本發(fā)明的某些實(shí)施方案可以允許較便宜的設(shè)備和 混合可能需要的相關(guān)維護(hù)。
[0012] 在一個(gè)實(shí)施方案中，制備生物質(zhì)材料以產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)化合物。通過(guò)以下步驟由 所制備的生物質(zhì)材料回收揮發(fā)性有機(jī)化合物：將制備的生物質(zhì)材料引入到無(wú)溶劑回收系統(tǒng) 的隔室；在隔室中將生物質(zhì)材料與過(guò)熱蒸汽物流接觸，來(lái)將制備的生物質(zhì)材料中的至少部 分初始液體汽化，過(guò)熱蒸汽物流包含至少一種揮發(fā)性有機(jī)化合物；將蒸汽組分和固體組分 與加熱的生物質(zhì)材料分離，其中蒸汽組分包括至少一種揮發(fā)性有機(jī)化合物；和保留至少部 分氣體組分，以作為部分過(guò)熱蒸汽物流使用。通過(guò)適當(dāng)?shù)恼麴s過(guò)程可以將蒸汽組分中的化 合物進(jìn)一步純化。將至少部分固體組分進(jìn)一步處理以產(chǎn)生另外的可發(fā)酵糖。在一個(gè)實(shí)施方 案中，進(jìn)一步處理包括將至少部分固體組分與適合于促進(jìn)糖化的溶液接觸。在一個(gè)實(shí)施方 案中，將另外產(chǎn)生的可發(fā)酵糖發(fā)酵，以產(chǎn)生多種揮發(fā)性有機(jī)化合物如乙醇。在具體實(shí)施方案 中，來(lái)自發(fā)酵混合物的液體可以被輸送至蒸汽組分的蒸餾過(guò)程，從而允許由包含在生物質(zhì) 材料中的大量碳水化合物（例如易于獲得的可發(fā)酵糖和由木質(zhì)纖維素材料進(jìn)一步處理產(chǎn) 生的那些）來(lái)產(chǎn)生乙醇的集成系統(tǒng)。
[0013] 在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)如下過(guò)程來(lái)產(chǎn)生制備的生物質(zhì)：將至少一種添加的添加 劑加入生物質(zhì)，其中所述至少一種添加劑包括微生物和任選的酸和/或酶；將制備的生物 質(zhì)材料在貯存設(shè)備中貯存至少約24小時(shí)，以允許由至少一部分糖產(chǎn)生至少一種揮發(fā)性有 機(jī)化合物。
[0014] 除上述特征外，通過(guò)應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)如貯存和運(yùn)輸費(fèi)用、短的收獲時(shí)窗、糖的快速降解和 大的設(shè)備投資，本發(fā)明的實(shí)施方案允許由包含可發(fā)酵糖的植物經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)替代燃料如乙 醇、其它揮發(fā)性有機(jī)化合物、烴和其它化學(xué)品。本文中描述的實(shí)施方案的各方面均適用于任 何生物質(zhì)材料，例如包含可發(fā)酵糖的植物。本發(fā)明實(shí)施方案的特征允許經(jīng)濟(jì)地使用各種植 物以產(chǎn)生替代燃料和化學(xué)品，且不局限于經(jīng)歷類似挑戰(zhàn)的高粱和其它植物。在本文中強(qiáng)調(diào) 這些挑戰(zhàn)性作物，這是因?yàn)槠渌椒ê拖到y(tǒng)還不能經(jīng)濟(jì)地利用這些挑戰(zhàn)性作物來(lái)生產(chǎn)燃料 和化學(xué)品。因此，特別提及高粱不是用于限定，而只是例舉本發(fā)明實(shí)施方案的一種特定應(yīng) 用。
[0015] 本發(fā)明的實(shí)施方案允許回收設(shè)備以與收獲時(shí)窗無(wú)關(guān)的控制方式全年連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，從 而拓寬了可放置回收設(shè)備和/或設(shè)備來(lái)處理木質(zhì)纖維素材料的地理位置，包括具有相對(duì)短 的收獲時(shí)窗的區(qū)域。
[0016] 本發(fā)明技術(shù)方案的其它優(yōu)點(diǎn)和特征由以下詳細(xì)說(shuō)明將變得明顯。但應(yīng)該理解的 是，所述詳細(xì)說(shuō)明和具體實(shí)例雖然給出了本發(fā)明的優(yōu)選方案，但只是描述性的，這是因?yàn)閷?duì) 于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，基于所述詳細(xì)說(shuō)明，在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的多種變化和調(diào)整將 變得很明顯。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 這些附圖描述了本發(fā)明一些實(shí)施方案的一些方面，和不用于限制或定義本發(fā)明。
[0018] 圖1是根據(jù)本發(fā)明某些方面來(lái)處理生物質(zhì)材料的一種實(shí)施方案的流程圖。
[0019] 圖2是根據(jù)本發(fā)明某些方面來(lái)處理生物質(zhì)材料的另一實(shí)施方案的流程圖。
[0020] 圖3是根據(jù)本發(fā)明某些方面使固體組分糖化的特定實(shí)施方案的流程圖。
[0021] 圖4是根據(jù)本發(fā)明某些方面使固體組分糖化的另一實(shí)施方案的流程圖。
[0022] 圖5是根據(jù)本發(fā)明某些方面使固體組分糖化的又一實(shí)施方案的流程圖。
[0023] 圖6示出根據(jù)本發(fā)明某些方面針對(duì)稀硫酸預(yù)處理的預(yù)處理溫度對(duì)葡聚糖收率％ 的圖線。
[0024] 圖7示出根據(jù)本發(fā)明某些方面針對(duì)稀硫酸預(yù)處理的預(yù)處理溫度對(duì)木聚糖收率％ 的圖線。
[0025] 圖8示出根據(jù)本發(fā)明某些方面針對(duì)熱水預(yù)處理的預(yù)處理溫度對(duì)葡聚糖收率％的 圖線。
[0026] 圖9示出根據(jù)本發(fā)明某些方面針對(duì)熱水處理的預(yù)處理溫度對(duì)木聚糖收率％的圖 線。
[0027] 圖10的圖線是根據(jù)本發(fā)明某些方面用低的酶水平處理的預(yù)處理固體組分的實(shí)施 方案中洗滌樣品的葡萄糖濃度隨時(shí)間變化。
[0028] 圖11的圖線是根據(jù)本發(fā)明某些方面用高的酶水平處理的預(yù)處理固體組分的實(shí)施 方案中洗滌樣品的葡萄糖濃度隨時(shí)間變化。
[0029] 圖12的圖線是根據(jù)本發(fā)明某些方面用低的酶水平處理的預(yù)處理固體組分的實(shí)施 方案中未洗滌樣品的葡萄糖濃度隨時(shí)間變化。
[0030] 圖13的圖線是根據(jù)本發(fā)明某些方面用低的酶水平處理的預(yù)處理固體組分的實(shí)施 方案中未洗滌樣品的葡萄糖濃度隨時(shí)間變化。

【具體實(shí)施方式】
[0031] 本發(fā)明的實(shí)施方案可以由固體生物質(zhì)材料有效且經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)和回收乙醇或其它 揮發(fā)性有機(jī)化合物如乙酸，以及提供進(jìn)一步處理木質(zhì)纖維素材料以產(chǎn)生可發(fā)酵糖的進(jìn)料。 按照本發(fā)明的一個(gè)方面，制備生物質(zhì)材料以產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)化合物。通過(guò)以下步驟由制備 的生物質(zhì)材料回收揮發(fā)性有機(jī)化合物：將制備的生物質(zhì)材料引入到無(wú)溶劑回收系統(tǒng)的隔 室；在隔室中將生物質(zhì)材料與過(guò)熱蒸汽物流接觸，來(lái)將制備的生物質(zhì)材料中的至少部分初 始液體汽化，過(guò)熱蒸汽物流包含至少一種揮發(fā)性有機(jī)化合物；將蒸汽組分和固體組分與加 熱的生物質(zhì)材料分離，其中蒸汽組分包括至少一種揮發(fā)性有機(jī)化合物；和保留至少部分氣 體組分，以作為部分過(guò)熱蒸汽物流使用。將至少部分固體組分進(jìn)一步處理以產(chǎn)生另外的可 發(fā)酵糖。在一個(gè)實(shí)施方案中，進(jìn)一步處理將至少部分固體組分與適合于促進(jìn)糖化的溶液接 觸。在一個(gè)實(shí)施方案中，將另外產(chǎn)生的可發(fā)酵糖發(fā)酵，以產(chǎn)生多種揮發(fā)性有機(jī)化合物如乙 醇。
[0032] 牛物質(zhì)制各
[0033] 如本文中使用的，術(shù)語(yǔ)〃固體生物質(zhì)〃或〃生物質(zhì)〃至少是指來(lái)自存活的或最近 存活的生物體的生物學(xué)物質(zhì)。固體生物質(zhì)包括可轉(zhuǎn)化成纖維或其它工業(yè)化學(xué)品（包括生物 燃料）的植物或動(dòng)物質(zhì)。固體生物質(zhì)可源于多種植物或樹(shù)木，包括芒草、柳枝稷、大麻、玉 米、熱帶白楊、柳樹(shù)、高粱、甘蔗、甜菜和任意的能源甘蔗以及各種樹(shù)木，從桉樹(shù)到油棕（棕 櫚油）。在一個(gè)實(shí)施方案中，固體生物質(zhì)包括至少一種產(chǎn)生可發(fā)酵糖的植物。固體生物質(zhì)可 包含兩種或更多種不同的植物種類，包括產(chǎn)生可發(fā)酵糖的植物。在不用于限定本發(fā)明范圍 的優(yōu)選實(shí)施方案中，由于高粱在低產(chǎn)能土地上的高產(chǎn)量和高含糖量而選擇它。
[0034] 術(shù)語(yǔ)〃可發(fā)酵糖〃是指低聚糖和單糖，它們可以被微生物用作碳源（例如戊糖和 己糖），以在厭氧和/或需氧條件下產(chǎn)生有機(jī)產(chǎn)物，例如醇、有機(jī)酸、酯和醛。這樣制備有機(jī) 產(chǎn)物一般可稱作發(fā)酵。該至少一種產(chǎn)生可發(fā)酵糖的植物在其生長(zhǎng)周期期間的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)包 含溶解在該植物材料水相中的可發(fā)酵糖。產(chǎn)生可發(fā)酵糖的植物的非限定性例子包括高粱、 甘蔗、甜菜和能源甘蔗。特別地，當(dāng)它們接近或處于其最高的潛在可發(fā)酵糖產(chǎn)量（例如最大 的可發(fā)酵糖濃度）時(shí)，甘蔗、能源甘蔗和高粱通常在水相中包含約5-25wt%的可溶性糖，并 具有基于濕基約60-80 %間的含水量。
[0035] 術(shù)語(yǔ)〃濕基〃至少指包括水作為一部分質(zhì)量的質(zhì)量百分比。在優(yōu)選實(shí)施方案中， 產(chǎn)生糖的植物是高粱。用來(lái)將碳水化合物微生物轉(zhuǎn)化成揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC)的高粱屬 的任意物種或種類均可以使用。對(duì)于使用高粱的實(shí)施方案，該植物提供了某些益處，包括其 是節(jié)水的，而且是耐干旱和耐熱的。這些性質(zhì)使得該作物適合于許多位置，包括全球的許多 地區(qū)，例如中國(guó)、非洲、澳大利亞和在美國(guó)，例如高原、西部的部分和整個(gè)南德克薩斯州。
[0036] 在使用高粱的實(shí)施方案中，高粱可包括任何可以以較高可發(fā)酵糖濃度收獲的種類 或種類的組合。具有優(yōu)選性質(zhì)的某些種類高粱有時(shí)被稱作〃甜高粱"。高粱可包括可能包含 或不包含足以支持在壓蔗機(jī)操作中榨汁處理的水分。在優(yōu)選實(shí)施方案中，固體生物質(zhì)包括： 由Advanta商業(yè)化生產(chǎn)的糖T高粱品種和/或糖T的父本（也是Advanta的可商購(gòu)產(chǎn)品）。 在優(yōu)選實(shí)施方案中，使用的作物具有約5-25的白利糖度，優(yōu)選約10-20白利糖度，和更優(yōu)選 約12-18白利糖度。本文中的術(shù)語(yǔ)"白利糖度"至少指葡萄糖、果糖和蔗糖在水溶液中的 含量，其中1度白利糖度是在100克溶液中1克的葡萄糖、果糖和/或蔗糖，并以重量百分 比（wt%)表示溶液的濃度。在另一優(yōu)選實(shí)施方案中，使用的作物的含水量為約50-80%， 優(yōu)選至少60%。
[0037] 在一個(gè)實(shí)施方案中，作物是具有約18的白利糖度值和約67%含水量的糖T的父 本。在另一實(shí)施方案中，作物是在約73%含水量下具有約12的白利糖度值的糖T。在這些 特定實(shí)施方案中，通過(guò)手持折射計(jì)確定白利糖度和含水率。
[0038] 在將至少一種添加劑（微生物、任選的酸和/或酶）加入固體生物質(zhì)后，它變成制 備的生物質(zhì)材料，其中該至少一種添加劑促進(jìn)可發(fā)酵糖向VOC(例如乙醇）的轉(zhuǎn)化。如上所 述且進(jìn)一步如下所述，制備的生物質(zhì)材料可以貯存一段時(shí)間，以允許通過(guò)轉(zhuǎn)化過(guò)程產(chǎn)生更 多的V0C。然后，由該制備的生物質(zhì)材料回收至少一種揮發(fā)性有機(jī)化合物。揮發(fā)性有機(jī)化 合物是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。美國(guó)環(huán)境保護(hù)局（EPA)提供了揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC)的 描述，其中一種是任意的碳化合物，除了參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的一氧化碳、二氧化碳、碳酸、 金屬碳化物或碳酸鹽和碳酸銨，例外是由環(huán)境保護(hù)局指定的具有可忽略光化學(xué)反應(yīng)性的那 些（參見(jiàn) http://www. epa. gov/iag/voc2. html#definition)。揮發(fā)性有機(jī)化合物或 VOC 的 另一描述是任意的有機(jī)化合物，其組成使得它們能夠在正常的室內(nèi)溫度和壓力的大氣條件 下蒸發(fā)。這是VOC在科學(xué)文獻(xiàn)中使用的一般定義，且與室內(nèi)空氣質(zhì)量用的定義一致。正常 的室內(nèi)溫度和壓力的大氣條件指在通常住有人的建筑中存在的條件范圍，因而可隨著建筑 的類型及其地理位置而變化。一種示例性的正常室內(nèi)大氣條件由純粹與應(yīng)用化學(xué)國(guó)際聯(lián)合 會(huì)（IUPAC)和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST)所提供。IUPAC的標(biāo)準(zhǔn)是0°C (273. 15K， 32華氏度）的溫度和100迚&(14.504?8丨）的絕對(duì)壓力，和見(jiàn)51'的定義是201：(293.151(，68 華氏度）的溫度和101.325kPa(14.696psi)的絕對(duì)壓力。
[0039] 因?yàn)榛衔锏姆悬c(diǎn)溫度越低，其揮發(fā)性一般越高，因此有機(jī)化合物的揮發(fā)性有時(shí) 由它們的沸點(diǎn)來(lái)定義和分類。因此，可以通過(guò)其沸點(diǎn)來(lái)描述VOC。VOC是在約101. 3kPa標(biāo) 準(zhǔn)大氣壓下測(cè)量的沸點(diǎn)在約50-260°C范圍內(nèi)的任意有機(jī)化合物?？梢杂杀景l(fā)明實(shí)施方案回 收的VOC回收和/或進(jìn)一步處理的許多揮發(fā)性有機(jī)化合物可用于香水和調(diào)味品工業(yè)中。這 種化合物的例子可以是酯、酮、醇、醛、烴和萜烯。以下表1進(jìn)一步提供了可以由制備的生物 質(zhì)材料回收的VOC回收和/或進(jìn)一步處理的揮發(fā)性有機(jī)化合物的非限定性例子。
[0040] 表 1
[0041]

【權(quán)利要求】
1. 一種處理生物質(zhì)材料的方法，包括： (i) 將生物質(zhì)材料引入至無(wú)溶劑回收系統(tǒng)的加壓隔室內(nèi)，其中所述生物質(zhì)材料含有一 種或多種揮發(fā)性有機(jī)化合物； (ii) 在加壓隔室中將所述生物質(zhì)材料與過(guò)熱蒸汽物流接觸，以將所述生物質(zhì)材料中的 至少部分初始液體汽化，所述過(guò)熱蒸汽物流包含至少一種揮發(fā)性有機(jī)化合物； (iii) 將蒸汽組分和固體組分與所述加熱的生物質(zhì)材料分離，所述蒸汽組分包括至少 一種揮發(fā)性有機(jī)化合物；保留至少部分氣體組分，以作為部分所述過(guò)熱蒸汽物流使用； (iv) 將所述固體組分從所述無(wú)溶劑回收系統(tǒng)排出；和 (v) 將至少部分所述固體組分與適合于促進(jìn)糖化的溶液接觸。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中所述溶液包括溫度至少約170°C的水。
3. 權(quán)利要求1的方法，其中所述溶液包括適合于將至少部分所述固體組分水解以產(chǎn)生 包含可發(fā)酵糖的產(chǎn)物的酸性溶液。
4. 權(quán)利要求3的方法，其中所述酸性溶液包含至少一種a-羥基磺酸。
5. 權(quán)利要求4的方法，其中所述a-羥基磺酸以基于所述溶液約l-55wt%的量存在。
6. 權(quán)利要求3的方法，其中所述a-羥基磺酸是由（a)羰基化合物或羰基化合物前體 與（b)二氧化硫或二氧化硫前體和（c)水制備的。
7. 權(quán)利要求3的方法，其中在約50-150°C范圍內(nèi)的溫度和在1-約lObarg范圍內(nèi)的壓 力下，將所述固體組分與所述酸性溶液接觸。
8. 權(quán)利要求1的方法，其中進(jìn)一步包括通過(guò)加熱和/或減壓從所述產(chǎn)物中脫除以其組 分形式存在的a-羥基磺酸，以產(chǎn)生基本不含a-羥基磺酸的含至少一種可發(fā)酵糖的酸脫 除產(chǎn)物。
9. 權(quán)利要求8的方法，進(jìn)一步包括將所述酸脫除產(chǎn)物水解并發(fā)酵，以產(chǎn)生包含多種V0C 的發(fā)酵產(chǎn)物。
10. 權(quán)利要求1的方法，其中引入到所述加壓隔室的所述生物質(zhì)材料是由收獲的作物 的固態(tài)發(fā)酵工藝獲得的。
11. 權(quán)利要求10的方法，其中所述作物選自高粱、甘蔗、玉米、熱帶玉米、甜菜、能源甘 蔗及它們的任意組合。
12. 權(quán)利要求1的方法，其中所述加壓隔室包括過(guò)熱蒸汽物流在其內(nèi)部流動(dòng)的環(huán)形圓 筒。
13. 權(quán)利要求1的方法，其中利用結(jié)合至加壓隔室的旋風(fēng)分離部件完成所述分離步驟， 其中配置所述旋風(fēng)分離部件以將分離的固體組分從加壓隔室排出。
14. 權(quán)利要求1的方法，所述生物質(zhì)通過(guò)以下步驟產(chǎn)生：將至少一種添加劑加入生物 質(zhì)，其中所述至少一種添加劑包括微生物以及任選的酸和/或酶；和將制備的生物質(zhì)材料 在貯存設(shè)備中貯存至少約24小時(shí)，以允許由至少部分所述糖產(chǎn)生至少一種揮發(fā)性有機(jī)化 合物。
15. 權(quán)利要求1的方法，其中所述生物質(zhì)具有約3-80mm的平均粒度分布。
16. 權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括將至少部分來(lái)自無(wú)溶劑回收系統(tǒng)的固體組分直接 進(jìn)料至所述接觸步驟。
17. 權(quán)利要求1的方法，其中在至少部分接觸期間不攪拌與所述適合于促進(jìn)糖化的溶 液接觸的固體組分。
18. -種處理生物質(zhì)材料的方法，包括： 將生物質(zhì)材料的固體組分與適合于促進(jìn)糖化的溶液接觸，其中所述固體組分由包括以 下步驟的方法產(chǎn)生： 將生物質(zhì)材料引入至無(wú)溶劑回收系統(tǒng)的加壓隔室內(nèi)，其中所述生物質(zhì)材料含有一種或 多種揮發(fā)性有機(jī)化合物； 在所述加壓隔室中將所述生物質(zhì)材料與過(guò)熱蒸汽物流接觸，以將所述生物質(zhì)材料中的 至少部分初始液體汽化，所述過(guò)熱蒸汽物流包含至少一種揮發(fā)性有機(jī)化合物； 將蒸汽組分和固體組分與加熱的生物質(zhì)材料分離，所述蒸汽組分包括至少一種揮發(fā)性 有機(jī)化合物； 保留至少部分氣體組分，以作為部分所述過(guò)熱蒸汽物流使用； 將所述固體組分從所述無(wú)溶劑回收系統(tǒng)排出。
【文檔編號(hào)】C12F3/10GK104364365SQ201380030681
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月17日
【發(fā)明者】P·G·漢密爾頓, C·W·雷德特克, K·M·克萊特曼, P·R·韋德, R·L·布萊克博恩 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司