在具有精餾塔和分子篩的基于纖維素類生物質(zhì)的工藝中具有減少的污染物的乙醇的制備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及用于在發(fā)酵過程中由纖維素原料制備乙醇的方法。具體地，從最終產(chǎn) 品中除去用生物質(zhì)水解產(chǎn)物制備的乙醇中的主要污染物，其還允許過程水的再循環(huán)。
【背景技術(shù)】
[0002] 乙醇是能量的重要來源并且可用作基于石油的汽油和柴油產(chǎn)品的替代物。乙醇通 過發(fā)酵多種有機(jī)原料制得，從而提供蒸饋并脫水的發(fā)酵膠(beer) W產(chǎn)生高純度產(chǎn)物。目前 大多數(shù)燃料乙醇由基于谷物、淀粉或糖的原料制得。運(yùn)些方法通常包括發(fā)酵水與研磨谷物 的混合物W產(chǎn)生醇，蒸饋所發(fā)酵的混合物W回收作為頂部產(chǎn)物的醇和蒸饋室底部副產(chǎn)物， 該副產(chǎn)物包括谷物固體和溶解的固體在水中的稀蓋饋物。蒸饋室副產(chǎn)物通常通過蒸發(fā)來自 其的水進(jìn)行濃縮，W生產(chǎn)含可溶物的干酒糟(DDGS)，其為一種用于牲畜的重要飼料。
[0003] 典型的谷物乙醇設(shè)施通常具有W下共有要素：
[0004] 1)對于來自發(fā)酵罐的排出料流存在吸附或凈化過程，W從共同產(chǎn)生的二氧化碳中 回收甲醇、乙醇、高級醇和乙醒。運(yùn)通常將補(bǔ)給水抽入設(shè)備并且通常為冷流。
[0005] 2)采用蒸饋，W產(chǎn)生乙醇與水并且主要為水濃縮達(dá)至共沸組合物的料流和不含乙 醇的固體料流。該過程通常通過使用被稱為膠塔和精饋塔的兩個(gè)蒸饋塔來實(shí)現(xiàn)。
[0006] 3)然后經(jīng)由兩個(gè)液相共沸蒸饋(包含夾帶劑)或者更通常地通過在分子篩中濃縮 使共沸乙醇料流經(jīng)受進(jìn)一步濃縮，W產(chǎn)生主要工藝產(chǎn)品燃料級乙醇。
[0007] 4)經(jīng)由離屯、或其它一些方式從2)中所提及的含水料流中分離固體，并且可進(jìn)一步 干燥W產(chǎn)生動物飼料或燃料材料。
[000引5)可將由4)得到的含水料流的一部分（回槽)再循環(huán)至設(shè)備的前端W形成發(fā)酵罐 的進(jìn)料的一部分，同時(shí)殘留物將被蒸發(fā)W除去否則會堆積的雜質(zhì)。運(yùn)些雜質(zhì)包括不能發(fā)酵 的糖、蛋白質(zhì)和鹽并且作為濃縮的液體料流被凈化。可將來自蒸發(fā)的冷凝物直接再循環(huán)至 具有回槽的發(fā)酵。蒸發(fā)過程通常為兩個(gè)或Ξ個(gè)階段并且將與蒸饋過程熱集成在一起。
[0009]基于谷物、淀粉和糖的方法變得日益不合乎需要，原因是其不可避免地依賴于食 品來源并且負(fù)面影響全球食品價(jià)格。由纖維素農(nóng)產(chǎn)品制備的乙醇和其它廢物原料避免了運(yùn) 些問題。纖維素原料是通常包含纖維素和半纖維素 W及木質(zhì)素的那些。用于由纖維素原料 制備乙醇的合適原料包括生物質(zhì)諸如玉米棒、玉米賴桿、草、木質(zhì)生物質(zhì)、甘薦渣W及包含 高纖維素組分的工業(yè)廢品。用于由纖維素原料產(chǎn)生醇并特別是乙醇的方法在多個(gè)出版物 (參見例女日Aden等人D在('Lignocellulosic Biomass to Ethanol Process Design and Economics Utilizing Co-Current Dilute Acid Prehydrolysis and Enzymatic Hydrolysis for Corn Stover，'中，N贓L Report No ·ΤΡ-51〇-32438;Ν贓L Report MEL/ TP-510-37092，('Plants from Corn Starch and Lignocel lulosic Feedstocks (Revised)，' ； 1^及13(13〇11，？.啡·和D.A.Monceaux，Ethanol F*roduction)，在"Fuel Alcohol Textbook，'中，Alltech Inc. ,1999)中有所描述。纖維素乙醇方法的各個(gè)方面公開 于共同擁有的專利US 7629156、US 7666282US 7741084、US 7741119、US 778119UUS 7803623、US 7807419、US 7819976、US 7897396、US 7910338、US 7932063、US 7989206、US 7998713、US 7998722、US 8216809、US 8241873、US 8241880、US 8247208、US 8278070、US 8304213和US 8304535。
[0010] 用于纖維素類生物質(zhì)制備醇的方法面臨典型的谷物乙醇植物中不存在一些的挑 戰(zhàn)。主要挑戰(zhàn)是相較于谷物乙醇方法中的污染物含量，與乙醇共同分離的污染物的含量增 大。具體地，當(dāng)生物質(zhì)水解產(chǎn)物是發(fā)酵培養(yǎng)基的主要組分時(shí)，乙醒在乙醇產(chǎn)物中形成主要污 染物?；诠任锏姆椒ㄖ兄苽涞囊掖纪ǔ０s2(K)ppm至5(K)ppm的乙醒，而使用生物質(zhì)水 解產(chǎn)物制備的乙醇通常包含更高含量的乙醒?？紤]乙醒的有害性質(zhì)及其揮發(fā)性(將在汽油 共混物上方產(chǎn)生顯著蒸氣壓），纖維素乙醇產(chǎn)物的目標(biāo)含量可類似存在于谷物方法的燃料 乙醇的那些。此外，在產(chǎn)生水解產(chǎn)物的糖化之前，當(dāng)氨用于生物質(zhì)預(yù)處理時(shí)，氨是乙醇產(chǎn)物 中的另一個(gè)潛在污染物。
[0011] 此外，與谷物乙醇方法相比，纖維素乙醇方法具有增大的耗水量，原因是發(fā)酵液中 乙醇濃度減小，所述乙醇濃度通常在5%至10%乙醇的范圍內(nèi)（對于基于谷物的乙醇制備而 言在11%至15%的乙醇范圍內(nèi)）。因此水的再循環(huán)在纖維素乙醇方法中是很重要的，W限制 引入工藝的新鮮補(bǔ)給水的量。
[0012] 因此，將在谷物乙醇工業(yè)內(nèi)建立的工作方法簡單轉(zhuǎn)移給纖維素乙醇方法不足W經(jīng) 濟(jì)地生產(chǎn)能與之相比的乙醇產(chǎn)品。從而，纖維素乙醇呈現(xiàn)出一系列新的挑戰(zhàn)，并且應(yīng)當(dāng)針對
【背景技術(shù)】而非基于谷物的方法的上下文來考慮能夠滿足那些挑戰(zhàn)的方法。
[0013] 仍然需要開發(fā)使用有效地處理污染物諸如乙醒的生物質(zhì)水解產(chǎn)物發(fā)酵來制備乙 醇的有效方法，從而制備在纖維素方法中普遍存在的污染物較低的乙醇產(chǎn)物。此外，期望水 料流的再循環(huán)W減少新鮮水的使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 由纖維素發(fā)酵制備燃料乙醇面臨著乙醇污染物和水使用的挑戰(zhàn)，運(yùn)在能與之相比 的谷物乙醇方法中沒有顯示。為了除去乙醇污染物，申請人提供具有進(jìn)一步乙醇純化步驟 的系統(tǒng)。通過處理水料流的再循環(huán)使工藝更加有效，從而減少新鮮補(bǔ)給水的輸入。
[0015] 因此本發(fā)明提供了用于生產(chǎn)乙醇的方法，該方法包括：
[0016] a)提供培養(yǎng)基，該培養(yǎng)基包含由纖維素類生物質(zhì)制備的水解產(chǎn)物；
[0017] b)在產(chǎn)生乙醇的微生物存在下，在發(fā)酵罐中對所述培養(yǎng)基進(jìn)行發(fā)酵W產(chǎn)生包含乙 醇的發(fā)酵膠；
[0018] C)使所述發(fā)酵膠進(jìn)入膠塔中，其中產(chǎn)生膠塔富乙醇蒸氣料流；
[0019] d)對所述膠塔富乙醇蒸氣料流進(jìn)行冷凝，W形成膠塔富乙醇料流；
[0020] e)使所述膠塔富乙醇料流進(jìn)入精饋塔中，其中產(chǎn)生另外的富乙醇精饋塔蒸氣料流 和貧乙醇精饋塔水料流；
[0021] f)使所述另外的富乙醇精饋塔蒸氣料流通過分子篩，其中產(chǎn)生分子篩乙醇產(chǎn)物料 流；W及
[0022] g)使所述分子篩乙醇產(chǎn)物料流通過產(chǎn)物蒸饋塔，其中產(chǎn)生最終乙醇產(chǎn)物和污染物 料流。
[0023] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述最終乙醇產(chǎn)物具有小于約8(K)ppm的乙醒。
[0024] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括：
[0025] h)將(e)的所述貧乙醇精饋塔水料流的至少一部分傳送至與來自所述發(fā)酵罐的排 出料流連接的發(fā)酵蒸氣洗涂器，W產(chǎn)生包含水、醇、乙醒和二氧化碳的洗涂器水料流;W及
[0026] i)將所述洗涂器水料流傳送至所述精饋塔；
[0027] 其中所述貧乙醇精饋塔水和發(fā)酵蒸氣洗涂器水在所述精饋塔和發(fā)酵蒸氣洗涂器 之間形成水再循環(huán)回路。
【附圖說明】
[0028] 圖1是纖維素乙醇工藝流程圖的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下列定義和縮寫用于解釋權(quán)利要求和說明書。
[0030] 如本文所用，術(shù)語"包含/包括"、"具有、"含有"或它們的任何其它變型將被理解為 是指包括指定的整數(shù)或整數(shù)組但不排除任何其它整數(shù)或整數(shù)組。例如，包含一系列元素的 組合物、混合物、工藝、方法、制品或設(shè)備不必僅限于那些元素，而可W包括其它未明確列出 的元素，或此類組合物、混合物、工藝、方法、制品或設(shè)備所固有的元素。此外，除非明確指明 相反，"或"是指包含性的"或"而非排他性的"或"。例如，條件A或B滿足下列中的任一項(xiàng):A為 真實(shí)的（或存在的)且B為虛假的（或不存在的），A為虛假的（或不存在的)且B為真實(shí)的(或存 在的），W及A和B均為真實(shí)的(或存在的）。
[0031] 如本文所用，如整個(gè)說明書和權(quán)利要求中所使用的，術(shù)語"由...組成"或諸如 "由...組成"的不同時(shí)態(tài)的變型表明包括任何列舉的整數(shù)或整數(shù)組，但是無附加整數(shù)或整 數(shù)組可加入到指定的方法、結(jié)構(gòu)或組合物中。
[0032] 如本文所用，如整個(gè)說明書和權(quán)利要求中所使用的，術(shù)語"基本上由...組成"或諸 如"基本上由...組成"的不同時(shí)態(tài)的變型表明包括任何列舉的整數(shù)或整數(shù)組，并且任選地 包括未顯著改變指定的方法、結(jié)構(gòu)或組合物的基本或新穎特性的任何列舉的整數(shù)或整數(shù) 組。
[0033] 同樣，設(shè)及元素或組分實(shí)例的數(shù)目（即次數(shù))在本發(fā)明的元素或組分前的不定冠詞 "一個(gè)"或"一種"旨在是非限制性的。因此，應(yīng)將"一個(gè)"或"一種"理解為包括一個(gè)或至少一 個(gè)，并且元素或組分的詞語單數(shù)形式也包括復(fù)數(shù)指代，除非有數(shù)字明顯表示單數(shù)。
[0034] 如本文所用，術(shù)語"發(fā)邸'或"本發(fā)邸'為非限制性術(shù)語，并且不旨在意指本發(fā)明的 任何單獨(dú)實(shí)施