ium CBS 866.73，Acremonium dichromosporum CBS 683.73>Acremonium obclavatum CBS 311·74、Acremonium pinkertoniae CBS 157·70，Acremonium roseogriseum CBS 134·56，Acremonium incoloratum CBS 146.62和棕色枝頂孢CBS 299.70H。纖維素分解酶還可以得自金孢屬，優 選（Chrysosporium lucknowense)的菌株。此外，可以使用木霉特別是綠色木霉 (Trichoderma viride)、里氏木霉（Trichoderma reesei )和康氏木霉（Trichoderma koningii)、嗜堿芽孢桿菌（參見例如，美國專利號3,844,890和EP 458162)和鏈霉菌屬 (Streptomyces)(參見例如，EP 458162) 〇
[0315]厭氧分解纖維素的細菌也已從土壤中分離，例如梭菌屬(Clost iridium)的新型分 解纖維素的物種，Clostridium phyt of erme n tans sp.nov.(參見 Leschine等人， International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology(2002)，52， 1155-1160)。
[0316] 還可以使用使用重組技術的纖維素分解酶(參見例如，W02007/071818和W0 2006/ 110891)〇
[0317] 所使用的纖維素分解酶可以使用本領域已知的操作（參見例如，Bennett，J.W.和 LaSure，L.(編輯），More Gene Manipulations in Fungi，Academic Press，CA 1991)通過 使上述微生物菌株在包含合適碳和氮源以及無機鹽的營養培養基上發酵來產生。合適的培 養基可從商業供應商獲得，或可以根據公布的組成（例如，在美國典型培養物中心的目錄 中）進行制備。適合于生長和纖維素酶產生的溫度范圍和其他條件是本領域已知的（參見例 如，Bailey，J·Ε·和Ollis，D·F.，Biochemical Engineering Fundamentals,McGraw-Hill Book Company，NY，1986)〇
[0318] 用纖維素酶處理纖維素通常在30°C_65°C下進行。纖維素酶在約pH 3-7的范圍內 是活性的。糖化步驟可以持續高達120小時。纖維素酶用量達到足夠高水平的纖維素轉變。 例如，合適的纖維素酶用量一般是5.0-50Filter Paper Units(FPU或IU)/克纖維素。FPU是 標準測量且根據Ghose( 1987，Pure and Appl.Chem.59:257-268)定義且測量。
[0319]
[0320] 除使用熱解用于原料預處理外，熱解還可以用于加工經預處理的原料以提取有用 材料。特別地，稱為氣化的熱解形式可以用于產生氣體燃料連同各種其他氣體、液體和固體 產物。為了執行氣化，將經預處理的原料引入熱解室內，并且加熱至高溫，一般是700°C或更 高。所使用的溫度依賴于許多因素，包括原料的性質和所需產物。
[0321] 還將大量氧(例如作為純氧氣和/或作為空氣）和蒸汽(例如，過熱蒸汽)加入熱解 室內以促進氣化。這些化合物在多步反應中與含碳的原料材料反應，以產生稱為合成氣體 (或"合成氣"）的氣體混合物。基本上，在氣化加工過程中，將有限量的氧引入熱解室內，以 允許某些原料材料燃燒以形成一氧化碳且產生加工過程熱。加工過程熱隨后可以用于促進 二次反應，其使另外的原料材料轉變為氫和一氧化碳。
[0322] 在總反應的第一個步驟中，加熱原料材料產生炭，其可以包括廣泛多樣不同的基 于烴的種類。可以產生特定揮發性材料(例如，特定氣態烴材料），導致原料材料總重量的減 少。隨后，在反應的第二個步驟中，在第一個步驟中產生的某些揮發性材料在燃燒反應中與 氧反應，以產生一氧化碳和二氧化碳。燃燒反應釋放熱，這促進反應的第三個步驟。在第三 個步驟中，二氧化碳和蒸汽(例如，水)與第一個步驟中產生的炭反應，以形成一氧化碳和氫 氣。一氧化碳還可以在水氣變換反應中與蒸汽反應，以形成二氧化碳和更多的氫氣。
[0323]例如，氣化可以用作初級加工過程以直接從經預處理的原料產生產物用于后續轉 運和/或銷售。備選地或另外地，氣化可以用作輔助加工過程用于產生用于總體加工系統的 燃料。例如，可以點燃經由氣化加工過程產生的富氫合成氣以產生電和/或加工過程熱，其 可以直接用于在加工系統中的其他位置處使用。因此，總體加工系統可以至少部分自我維 持。許多其他產物包括熱解油和基于氣態烴的物質，也可以在氣化加工過程中和/或在氣化 后獲得;這些可以根據需要進行分離且貯存或轉運。
[0324] 各種不同熱解室適合于經預處理的原料的氣化，包括本文公開的熱解室。特別地， 其中經預處理的原料在蒸汽和氧/空氣中流態化的流化床反應器系統，提供相對高的流通 量和產物的簡單回收。可以點燃在氣化后保留在流化床系統中（或其他熱解室中）的固體 炭，以產生另外的加工過程熱以促進后續氣化反應。
[0325] 后加工
[0326] 麵
[0327] 在發酵后，所得到的流體可以使用例如"啤酒柱(beer column)"進行蒸餾，以使乙 醇和其他醇類與大多數水和殘留固體分離。離開啤酒柱的蒸氣可以是35重量％的乙醇，并 且供應給精餾柱。使用蒸氣相分子篩，來自精餾柱的近共沸(92.5%)乙醇和水的混合物可 以純化至純(99.5%)乙醇。啤酒柱底部可以送至三效蒸發器的第一個效應。精餾柱回流冷 凝器可以提供用于這個第一個效應的熱。在第一個效應后，固體可以使用離心機進行分離 且在旋轉干燥器中進行干燥。部分（25%)離心機流出物可以再循環至發酵，并且其余送至 第二個和第三個蒸發器效應。大部分蒸發器冷凝物可以作為相當清潔的冷凝物返回加工過 程，其中小部分分裂出來至廢水處理以預防低沸化合物的積累。
[0328] 廢水處理
[0329] 通過處理加工過程水用于在工廠內再使用，廢水處理用于使工廠的補給水需求降 到最低。廢水處理也可以產生燃料(例如，污泥和生物氣），其可以用于改善乙醇生產加工過 程的總效率。例如，如下文進一步詳細描述的，污泥和生物氣可以用于創造可以用于各種工 廠加工過程的蒸汽和電。
[0330] 廢水最初通過篩子(例如，棒條篩)抽吸，以去除大顆粒，這收集在漏斗中。在某些 實施方案中，將大顆粒送至填埋場。另外地或備選地，如下文進一步詳細描述的點燃大顆粒 以創造蒸汽和/或電。一般而言，在棒條篩上的間隔是1/4英寸-1英寸間隔（例如，1/2英寸間 隔）。
[0331] 廢水隨后流向均衡槽，在其中有機濃縮的廢水在保留時間加工過程中進行均衡。 一般而言，保留時間是8小時-36小時(例如，24小時）。將混合器放置在槽內以攪拌槽的內容 物。在某些實施方案中，遍及槽放置的多個混合器用于攪拌槽的內容物。在特定實施方案 中，混合器使均衡槽的內容物基本上混合，從而使得遍及槽的條件(例如，廢水濃度和溫度） 是均勻的。
[0332] 第一個栗使水從均衡槽移動通過液體-液體熱交換器。這樣控制熱交換器(例如， 通過控制流體通過熱交換器的流速），使得離開熱交換器的廢水在用于厭氧處理的所需溫 度下。例如，關于厭氧處理的所需溫度可以是40°C-60°C。
[0333] 在離開熱交換器后，廢水進入一個或多個厭氧反應器。在某些實施方案中，每個厭 氧反應器中的污泥濃度與廢水中的污泥總濃度相同。在其他實施方案中，厭氧反應器具有 比廢水中的污泥總濃度高的污泥濃度。
[0334] 包含氮和磷的營養液在包含廢水的每個厭氧反應器內進行測量。營養液與厭氧反 應器中的污泥反應，以產生可以包含50%甲烷且具有約12,000British熱單位或Btu，每鎊） 的熱值的生物氣。生物氣通過通風口離開每個厭氧反應器且流入多支管內，在其中多個生 物氣流組合成單個流。如下文進一步詳細描述的，壓縮機使生物氣的流移動至鍋爐或內燃 機。在某些實施方案中，壓縮機還使生物氣的單個流移動通過脫硫催化劑。另外地或備選 地，壓縮機可以使生物氣的單個流移動通過沉積物捕集器。
[0335] 第二個栗使來自厭氧反應器的厭氧流出物移動至一個或多個好氧反應器(例如， 活化污泥反應器）。將充氣器放置在每個好氧反應器內，以使厭氧流出物、污泥、氧(例如，空 氣中包含的氧)相混合。在每個好氧反應器內，細胞材料在厭氧流出物中的氧化產生二氧化 碳、水和銨。
[0336] 好氧流出物移動（例如經由重力）至分離器，在其中污泥與經處理的水分離。某些 污泥返回一個或多個好氧反應器，以在好氧反應器中造成升高的污泥濃度，從而促進細胞 材料在廢水中的好氧斷裂。傳送機去除來自分離器的剩余污泥。如下文進一步詳細描述的， 剩余污泥用作燃料以創造蒸汽和/或電。
[0337] 經處理的水從分離器抽吸到沉降槽。分散遍及經處理的水的固體沉降至沉降槽的 底部，并且隨后去除。在沉降期后，經處理的水通過細濾器從沉降槽抽吸，以去除水中殘留 的任何另外固體。在某些實施方案中，將氯加入經處理的水中以殺死致病菌。在某些實施方 案中，一種或多種物理化學分離技術用于進一步純化經處理的水。例如，經處理的水可以通 過碳吸附反應器抽吸。作為另一個例子，經處理的水可以通過反滲透反應器抽吸。
[0338] 廢物燃燒
[0339] 由生物量產生醇可以導致各種副產物流的產生，所述副產物流用于產生蒸汽和電 用于工廠的其他部分。例如，由點燃副產物流產生的蒸汽可以用于蒸餾加工過程。作為另一 個例子，由點燃副產物流產生的電可以用于給預處理中使用的電子束發生器和超聲換能器 提供動力。
[0340]用于產生蒸汽和電的副產物衍生自加工過程自始至終的許多來源。例如，廢水的 厭氧消化產生甲醇很高的生物氣和少量廢棄生物量(污泥）。作為另一個例子，蒸餾后的固 體(例如，由預處理和初級加工過程保留的未轉變的木質素、纖維素和半纖維素)可以用作 燃料。
[0341] 將生物氣轉向與發電機連接的內燃機以產生電。例如，生物氣可以用作關于火花 點火式天然氣發動機的燃料來源。作為另一個例子，生物氣可以用作關于直噴式天然氣發 動機的燃料來源。作為另一個例子，生物氣可以用作關于燃氣輪機的燃料來源。另外地或備 選地，內燃機可以以熱電聯產配置進行配置。例如，來自內燃機的廢熱可以用于提供遍及工 廠的熱水或蒸汽。
[0342] 點燃污泥和蒸餾后固體，以加熱流過熱交換器的水。在某些實施方案中，使流過熱 交換器的水蒸發且過熱至蒸汽。在特定實施方案中，蒸汽用于蒸餾和蒸發加工過程中的預 處理反應器和熱交換中。另外地或備選地，蒸汽擴展以給與發電機連接的多階段蒸汽輪機 提供動力。離開蒸汽輪機的流由冷卻水冷凝，并且返回熱交換器用于再加熱至蒸汽。在某些 實施方案中，控制通過熱交換器的水的流速，以獲得來自與發電機連接的蒸汽輪機的靶電 輸出。例如，水可以加入熱交換器中以確保蒸汽輪機在閾值條件上操作(例如，輪機足夠快 速旋轉以轉動發電機）。
[0343] 盡管已描述了特定實施方案，但其他實施方案也是可能的。
[0344] 作為例子，盡管生物氣描述為轉向與發電機連接的內燃機，但在特定實施方案中， 生物氣可以經過燃料重整器以產生氫。氫隨后通過燃料電池轉變為電。
[0345] 作為另一個例子，盡管生物氣已描述為遠離污泥和蒸餾后固體點燃，但在特定實 施方案中，全部廢物副產物可以一起點燃以產生蒸汽。
[0346] 產物/共同產物
[0347] 0
[0348] 所產生的醇可以是一羥基醇例如乙醇，或多羥基醇例如乙二醇或丙三醇。可以產 生的醇的例子包括甲醇，乙醇，丙醇，異丙醇，丁醇例如正、仲或叔丁醇，乙二醇、丙二醇，1， 4-丁二醇，丙三醇或這些醇的混合物。
[0349]通過工廠生產的醇各自具有作為工業原料的商業價值。例如，乙醇可以用于制造 清漆和香精。作為另一個例子，甲醇可以用作溶劑用作風擋刮水器液體中的組分。作為另外 一個例子，丁醇可以用于增塑劑、樹脂、漆器和制動液中。
[0350]通過工廠生產的生物乙醇作為食物和飲料工業中使用的成分是有價值的。例如， 通過工廠生產的乙醇可以純化至食物級別醇，并且用作酒精性飲料中的主要成分。
[0351]通過工廠生產的生物乙醇也具有作為運輸用燃料的商業價值。乙醇作為運輸用燃 料的用途可以用相對很少的資本投資由火花點燃式發動機制造商和物主實現(例如，關于 注入時機、燃料空氣比、和燃料注入系統的組分的改變）。許多汽車制造商目前提供能夠以 高達85體積％乙醇的乙醇/汽油摻和物操作的靈活燃料交通工具(例如，在Chevy Tahoe 4x 4上的標準設備）。
[0352]通過這種工廠生產的生物乙醇可以用作發動機燃料，以改善除工廠位置外的環境 和經濟條件。例如，通過這種工廠生產且用作燃料的乙醇可以減少來自人工來源（例如，運 輸來源）的溫室氣體排放。作為另一個例子，通過這種工廠生產且用作發動機燃料的乙醇還 可以取代由油精煉的汽油的消耗。
[0353]生物乙醇具有比常規汽油更大的辛烷值，并且因此可以用于改善火花點燃式發動 機的性能(例如，允許更高的壓縮比）。例如，小量(例如，10體積％)乙醇可以與汽油摻和，以 充當在火花點燃式發動機中使用的燃料的辛烷增強劑。作為另一個例子，更大量(例如，85 體積％)乙醇可以與汽油摻和，以進一步增加燃料辛烷值并且取代更大體積的汽油。
[0354] 生物乙醇策略例如由DiPardo在Journal of Outlook for Biomass Ethanol Production and Demand(EIA Forecasts)，2002中；Sheehan在Biotechnology Progress， 15:8179,1999 中；Mar tin在Enzyme Microbes Technology，31:274,2002 中；Greer 在 BioCycle，61_65,2005年4月中；Lynd在Microbiology and Molecular Biology Reviews， 66:3，506-577，2002中；L jungdahl等人在美國專利號4，292，406中；和Bel lamy在美國專利 號4,094,742中討論。
[0355] 有機酸
[0356]所產生的有機酸可以包括單羧酸或多羧酸。有機酸的例子包括甲酸、乙酸、丙酸、 丁酸、戊酸、己酸、棕櫚酸、硬脂酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、油酸、亞油酸、羥乙酸、乳 酸、γ-羥基丁酸或這些酸的混合物。
[0357] 食物原料(Foodstocks)
[0358] 在某些實施方案中，所有或部分發酵加工過程可以在纖維素材料完全轉變成乙醇 前中斷。中間發酵產物包括高濃度的糖和碳水化合物。這些中間發酵產物可以用于制備用 于人或動物消費的食物。在某些實施方案中，纖維素材料的照射預處理將使得中間發酵產 物無菌(例如，適合于人消費）。在某些實施方案中，中間發酵產物在用作食物前將需要后加 工。例如，干燥器可以用于去除來自中間發酵產物的水分，以促進貯存、處理和保存期。另外 地或備選地，中間發酵產物可以在不銹鋼研磨機中磨成細粒大小以產生粉樣物質。
[0359] 動物飼料
[0360] 酒糟和酒柏可以轉變成蒸餾-脫水加工過程有價值的副產物。在蒸餾-脫水加工過 程后，酒糟和酒柏可以進行干燥，以改善貯存和處理材料的能力。所得到的干酒糟和酒柏 (DDGS)是低淀粉、高脂肪、高蛋白質、高纖維、和高磷的。因此，例如DDGS作為動物飼料的來 源(例如，作為用于乳牛的飼料來源)可以是有價值的。DDGS可以隨后與營養添加劑相組合， 以滿足特定動物類別的特定膳食需求(例如，平衡可消化的賴氨酸和磷用于豬飲食）。
[0361]
[0362] 上文討論的預處理加工過程可以應用于具有醫學性質的植物。在某些實施方案 中，超聲處理可以刺激具有醫學性質的植物的醫學組分的生物活性和/或生物利用度。另外 地或備選地，照射刺激具有醫學性質的植物的醫學組分的生物活性和/或生物利用度。例 如，超聲處理和照射可以在柳樹皮的預處理中相組合，以刺激水楊苷的產生。
[0363] 營養制品
[0364] 在某些實施方案中，中間發酵產物(例如，包括高濃度的糖和碳水化合物的產物） 可以加以補充，以制備營養制品。例如，中間發酵產物可以補充有鈣，以制備提供能量且幫 助改善或維持骨強度的營養制品。
[0365] 優選的實施方式：
[0366] 1.加工生物量的方法，所述方法包括：
[0367] 減少生物量的單個小片的一個或多個維度;和
[0368] 使用改變所述生物量的分子結構的處理方法處理所述生物量；
[0369] 其中所述減少和處理步驟中的至少一個包括用螺桿擠壓加工過程處理所述生物 量。
[0370] 2.項目1的方法，其進一步包括對所述生物量實施初級加工過程以形成產物。
[0371] 3.項目1的方法，其中所述處理步驟包括選自照射、超聲處理、熱解和氧化的加工 過程。
[0372] 4.項目1的方法，其中所述螺桿擠壓加工過程用于減少所述生物量的維度且改變 所述生物量的分子結構。
[0373] 5.項目1的方法，其中所述生物量在所述螺桿擠壓加工過程期間經歷化學反應。
[0374] 6.項目2的方法，其中所述初級加工過程包括發酵。
[0375] 7.項目2的方法，其中所述初級加工過程在所述螺桿擠壓加工過程后執行。
[0376] 8.項目1的方法，其中所述處理方法包括組合使用的照射和超聲處理。
[0377] 9.項目1的方法，其中所述處理方法包括用電離輻射進行照射。
[0378] 10.項目1的方法，其中所述處理方法包括使用2種或更多種不同輻射源進行照射。
[0379] 11.項目1的方法，其中在使所述生物量暴露于空氣或富含氧化氣體的空氣時，對 所述生物量執行所述處理方法。
[0380] 12.項目1的方法，其中所述處理方法包括用電子束輻射進行照射。
[0381 ] 13.項目12的方法，其中所述電子束輻射以約1 OMrad-約150Mrad的總劑量應用。
[0382] 14.項目1的方法，其中所述處理方法在螺桿擠壓加工過程期間執行。
[0383] 15.項目1的方法，其中所述生物量原料的分子結構中的改變選自所述生物量的不 順應水平、平均分子量、平均結晶度、表面積、聚合度、多孔性、支化度、移植程度、域大小和 所述生物量的分子構成中的改變。
[0384] 16.制備產物的方法，所述方法包括：
[0385] 提供包括通過加工過程產生的碳水化合物的材料，所述加工過程包括用輻射、超 聲處理、熱解和/或氧化處理生物量原料；
[0386] 對所述原料實施螺桿擠壓加工過程;和
[0387] 使所述材料與微生物接觸，所述微生物具有使至少部分所述材料轉變為所述產物 的能力。
[0388] 17.項目16的方法，其中所述產物包括易燃燃料。
[0389] 18.項目16的方法，其中所述微生物包括細菌或酵母。
[0390] 19.項目16的方法，其中轉變包括使所述材料發酵。
[0391 ] 20.項目16的方法，其進一步包括在所述螺桿擠壓加工過程期間，使所述生物量與 化學制品接觸。
[0392] 21.項目16的方法，其進一步包括通過冷凍研磨使所述材料粉碎。
[0393] 其他實施方案在下述權利要求的范圍內。
【主權項】
1. 加工生物量的方法，所述方法包括： 減少生物量的單個小片的一個或多個維度;和 使用改變所述生物量的分子結構的處理方法處理所述生物量； 其中所述減少和處理步驟中的至少一個包括用螺桿擠壓加工過程處理所述生物量。2. 權利要求1的方法，其進一步包括對所述生物量實施初級加工過程以形成產物。3. 權利要求1的方法，其中所述處理步驟包括選自照射、超聲處理、熱解和氧化的加工 過程。4. 權利要求1的方法，其中所述螺桿擠壓加工過程用于減少所述生物量的維度且改變 所述生物量的分子結構。5. 權利要求1的方法，其中所述生物量在所述螺桿擠壓加工過程期間經歷化學反應。6. 權利要求2的方法，其中所述初級加工過程包括發酵。7. 權利要求2的方法，其中所述初級加工過程在所述螺桿擠壓加工過程后執行。8. 權利要求1的方法，其中所述處理方法包括組合使用的照射和超聲處理。9. 權利要求1的方法，其中所述處理方法包括用電離輻射進行照射。10. 權利要求1的方法，其中所述處理方法包括使用2種或更多種不同輻射源進行照射。
【專利摘要】提供了用于改變生物量原料的分子結構的方法。該方法包括螺桿擠壓加工過程。
【IPC分類】C08H8/00, C12P7/04, C12P7/10, C10L5/44
【公開號】CN105647979
【申請號】
【發明人】M·梅多夫
【申請人】希樂克公司
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2009年11月13日