由生物質(zhì)材料生產(chǎn)揮發(fā)性有機(jī)化合物的方法
【專利摘要】本發(fā)明的實(shí)施方案提供乙醇或其他揮發(fā)性有機(jī)化合物，例如乙酸的生產(chǎn)與回收，一個(gè)實(shí)施方案包括引入生物質(zhì)材料到無溶劑回收系統(tǒng)的隔室中，其中該生物質(zhì)材料含有一種或更多種揮發(fā)性有機(jī)化合物；在該隔室內(nèi)接觸該生物質(zhì)材料與過熱的蒸氣物流，使生物質(zhì)材料內(nèi)的至少一部分起始液體內(nèi)容物蒸發(fā)，所述過熱的蒸氣物流包括至少一種揮發(fā)性有機(jī)化合物；從加熱過的生物質(zhì)材料中分離蒸氣組分和固體組分，所述蒸氣組分包括至少一種揮發(fā)性有機(jī)化合物；和保留至少一部分氣體組分以供用作部分過熱的蒸氣物流。
【專利說明】由生物質(zhì)材料生產(chǎn)揮發(fā)性有機(jī)化合物的方法 發(fā)明領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明的實(shí)施方案一般地涉及由生物質(zhì)材料生產(chǎn)揮發(fā)性有機(jī)化合物，例如乙醇的 方法，和更特別地涉及由生物質(zhì)材料發(fā)酵并回收這種揮發(fā)性有機(jī)化合物。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 這一部分?jǐn)M引入現(xiàn)有技術(shù)的各個(gè)方面，這些方面可與本發(fā)明的例舉實(shí)施方案有 關(guān)。這一討論被認(rèn)為輔助提供有助于更好地理解本發(fā)明特定方面的框架。因此，應(yīng)當(dāng)理解， 這一部分應(yīng)當(dāng)從這一角度閱讀，且不必然視為承認(rèn)任何現(xiàn)有技術(shù)。
[0004] 隨著全世界的石油供應(yīng)持續(xù)減少，對(duì)可替代各種石油產(chǎn)品，尤其運(yùn)輸燃料的備選 材料存在增長(zhǎng)的需求。在美國環(huán)境法規(guī)，例如1990年的清潔空氣法案中，提供了在機(jī)動(dòng)車 中使用氧化燃料的動(dòng)機(jī)。乙醇或甲基叔丁基醚（MTBE)提高了汽油中的含氧量并降低了一 氧化碳的釋放。使用乙醇的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是由可再生資源生產(chǎn)燃料。通過用可再生燃料替 代化石燃料，可降低二氧化碳（一種溫室氣體）的大氣水平。
[0005] 目前進(jìn)行了許多的努力來生產(chǎn)生物乙醇，所述生物乙醇衍生于可再生的生物質(zhì)材 料，例如玉米，糖類作物，能量作物，和固體廢物。常規(guī)的由玉米生產(chǎn)乙醇典型地與有價(jià)值的 食品資源存在競(jìng)爭(zhēng)，這可通過負(fù)面影響每年收割的作物產(chǎn)量的愈加苛刻的氣候條件，例如 干旱和洪水而進(jìn)一步放大。與常規(guī)乙醇生產(chǎn)的競(jìng)爭(zhēng)可抬高食品價(jià)格，盡管其他作物已經(jīng)充 當(dāng)乙醇生產(chǎn)用生物質(zhì)材料，但它們通常不適合于全球?qū)嵤?，因?yàn)檫@些作物具有氣候要求。例 如，也可有效地由甘蔗生產(chǎn)乙醇，但僅僅在氣候可能支持幾乎終年收割的世界的某些區(qū)域， 例如巴西進(jìn)行。
[0006] 盡管不使用玉米的其他生產(chǎn)乙醇的方法可獲得，但它們?nèi)匀皇遣蛔愕?。例如，Henk 和Linden在科羅拉多州大學(xué)研究了由高粱固態(tài)生產(chǎn)乙醇(參見Solid State Production of Ethanol from sorghum,Linda L. Henk和 James C. Linden, Applied Biochemistry and Biotechnology，第57/58卷，1996,第489-501頁）。他們注意到甜高粱成功地用于生產(chǎn)乙 醇，但需要解決三個(gè)問題：
[0007] ?碳水化合物的儲(chǔ)存
[0008] ?木質(zhì)纖維素部分的可獲得性（Accessibility)，以酶解半纖維素和纖維素；和
[0009] ?從甜高粱中回收乙醇的更加經(jīng)濟(jì)的方式。
[0010] 在他們的方法中，他們指出在使用這種可再生生物質(zhì)中，季節(jié)的有效性 (availability)和甜高粱的儲(chǔ)存性是重要的因素。糖的提取與儲(chǔ)存是限制使用甜高粱作 為乙醇生產(chǎn)用底物的兩個(gè)嚴(yán)重的問題。常規(guī)的應(yīng)用預(yù)見使用從甜高粱漿液中提取或壓榨的 含有約10-15%糖的汁液（juice)。該汁液然后或者直接發(fā)酵成醇，或者蒸發(fā)成糖蜜以供儲(chǔ) 存。直接發(fā)酵汁液成乙醇是一種季節(jié)性方法，僅僅在收割之后的短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)。這呈現(xiàn)出 從實(shí)驗(yàn)階段規(guī)模放大到較大實(shí)踐階段的固態(tài)發(fā)酵，例如工業(yè)規(guī)模的挑戰(zhàn)。例如，短的收割窗 要求儲(chǔ)存空間和回收設(shè)施的顯著的資金投資，在短時(shí)間段內(nèi)處理峰值量，同時(shí)對(duì)于停機(jī)時(shí) 間來說，空間與設(shè)備將處于睡眠狀態(tài)或者未充分使用。
[0011] 對(duì)甜高粱制造乙醇的一些問題，Henk和Linden的策略是研究使用濕法儲(chǔ)存的固 態(tài)發(fā)酵，它被一體化到在甜高粱內(nèi)長(zhǎng)期儲(chǔ)存乙醇的經(jīng)濟(jì)方法內(nèi)。盡管Henk和Linden確實(shí) 顯示出總體工藝的一些改進(jìn)，但仍存在許多缺點(diǎn)，其中包括它們能生產(chǎn)的乙醇量。此外，它 們沒有提供經(jīng)濟(jì)的方式從固態(tài)發(fā)酵中回收乙醇。通過典型地要求昂貴的設(shè)備（該設(shè)備需要 昂貴的維護(hù)），這一提出的系統(tǒng)傾向于使生物乙醇的生產(chǎn)甚至更加昂貴。
[0012] 其他人也意識(shí)到從生物質(zhì)固態(tài)材料中經(jīng)濟(jì)地回收乙醇和其他揮發(fā)性有機(jī)化合 物的挑戰(zhàn)。例如，Webster等人報(bào)道了使用甜高粱用草料收割機(jī)導(dǎo)致快速的汁液劣化 和因此不是將甜高粱介紹進(jìn)入糖廠的吸引人的解決方法（參見Observations of the Harvesting. Transporting and Trial Crushing of Sweet sorghum in a Sugar Mill, Webster, A.等人，2004 Conference of the Australian Society of Sugar Cane Techn ologist, Brisbane, Queensland,澳大利亞（2004 年 5 月））。Andrzejewski 和 Eggleston 報(bào)道了在使美國甜高粱變?yōu)橐掖迹ɑ蚱渌猛荆┲锌尚械奶魬?zhàn)圍繞著儲(chǔ)存汁液，因?yàn)樘鸶?梁在美國具有相對(duì)窄的收害幢(參見Development of commercially viable processing technologies for sweet sorghum at USDA-ARS~Southern Regional Research Center in New Orleans. Andrzejewski 和 Eggleston, Sweet sorghum Ethanol Conference, 2012 年1月26日）。特別地，挑戰(zhàn)包括（i)原汁的澄清化（clarification)(除去懸浮和渾濁的 顆粒），使之適合于濃縮和/或發(fā)酵，（ii)穩(wěn)定汁液或部分濃縮的汁液以供成本合算的季節(jié) 性使用（液體原料）和（iii)將汁液濃縮成糖漿以供儲(chǔ)存，終年供應(yīng)和有效地運(yùn)輸（液體 原料）。
[0013] Bellmer尋求在加工之前，通過優(yōu)化從固體中除去汁液的條件來改進(jìn)該方 法（參見 The untapped potential of Sweet sorghum as a Bioenergy Feedstock, Bellmer，D.，Sweet sorghum Ethanol Conference，2012 年 1 月 26 日）。Wu 等人認(rèn)識(shí) 到使用甜高粱用于生物燃料的挑戰(zhàn)，其中包括對(duì)于最高的糖含量來說，短的收割時(shí)間段， 和在儲(chǔ)存過程中快速的糖劣化(參見Features of Sweet sorghum juice and their performance in ethanol fermentation, X. Wu 等人，Industrial Crops and Products 31:164-170,2010)。特別地，研究表明多達(dá)20%的可發(fā)酵糖類可在3天內(nèi)損失。Bennet 和Annex注意到使用高粱用于乙醇生產(chǎn)的局限性，其中牽涉材料的運(yùn)輸成本和儲(chǔ)存性（參 見 Farm-gate productions costs of sorghum juice as a bioethanol feedstock, Transactions of the American Society of Agricultural and Biological Engineers, 第51 (2)卷：603-613, 2008)，盡管Bennet和Annex意識(shí)到在用酵母接種的青吧飼料中直接 生產(chǎn)乙醇，但他們得出結(jié)論，這種直接生產(chǎn)方法是不實(shí)際的，因?yàn)榇嬖谂c從青貯飼料中分離 乙醇有關(guān)的問題，青C飼料的儲(chǔ)存損失（在倉型筒倉（bunker style silos)內(nèi)最多40%)， 且對(duì)于工業(yè)規(guī)模的應(yīng)用來說，還有待檢驗(yàn)使用青貯飼料作為備選的發(fā)酵原料的可能性。
[0014] Shen和Liu尋求通過首先干燥甜高粱，以便保存糖類，然后計(jì)劃終年使用該 材料以供乙醇生產(chǎn)，解決長(zhǎng)期和有效儲(chǔ)存新鮮莖或汁液的問題，進(jìn)而增加了材料處理 成本以供干燥，鋪開濕高粱以供干燥，以及通過要求充足的氣候條件實(shí)現(xiàn)合適的干燥， 土曾力口了 i亥 1C "2 白勺局限 f生（# 見 Research on Solid-State Ethanol Fermentation Using Dry Sweet Sorghum Stalk Particles with Active Dry Yeast, Shen,Fei 和 Liu, R.，Energy&Fuels, 2009,第 23 卷，第 519-525 頁）。Imam 和 Capareda 尋求在發(fā) 酵之前，處理汁液和使用各種選項(xiàng)，例如高壓釜（熱處理），冷凍，增加發(fā)酵速率，和增 力口 II 白勺濃度（參見 Ethanol Fermentation from Sweet Sorghum Juice, Imam, T.和 Capareda,S.,ASABE，2010AS ABE Annual International Meeting, Pittsburge, PA(2010年 6 月））。
[0015] Bellmer, Huhnke和Godsey注意到在乙醇生產(chǎn)中使用高粱的挑戰(zhàn)，因?yàn)椋海╥)在甜 高粱內(nèi)碳水化合物的儲(chǔ)存性，（ii)在收割之后在莖內(nèi)快速的糖/碳水化合物劣化，（iii) 榨汁短的儲(chǔ)存期限，（iv)糖楽生產(chǎn)（脫水）成本太高(參見The untapped potential of sweet sorghum as a bioenergy feedstock. Bellmer, D. , Huhnke, R.和 Godsey, C. , Biofu elsl (4) 563-573, 2010)。他們使用固相發(fā)酵桶，它是含旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)股和螺旋鉆的金屬容器，這要 求昂貴的設(shè)備。進(jìn)一步地，使用固相發(fā)酵桶也遭受作物，例如甜高粱收割窗的問題。同樣， Noah和Linden注意到儲(chǔ)存性和低效的糖提取作為燃料和化學(xué)品使用甜高粱的兩個(gè)主要缺 點(diǎn)。
[0016] 總之，使用高粱和含可發(fā)酵糖類的其他植物的障礙包括下述事實(shí)：它們僅僅季節(jié) 性可獲得且儲(chǔ)存昂貴，這使得它成了有效地使用基礎(chǔ)設(shè)施（infrastructure)和計(jì)劃安排 勞力的挑戰(zhàn)；糖的提取和儲(chǔ)存性是兩個(gè)關(guān)鍵的障礙，因?yàn)樵谑崭钪蟊仨毩⒓撮_始轉(zhuǎn)化，以 避免腐敗。
[0017] 因此，需要由生物質(zhì)材料經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)乙醇和其他揮發(fā)性有機(jī)化合物的方法，該方 法解決了至少這些障礙，例如優(yōu)選不與全世界的食品資源競(jìng)爭(zhēng)。
[0018] 發(fā)明概述
[0019] 在一個(gè)實(shí)施方案中，提供從生物質(zhì)材料中回收揮發(fā)性有機(jī)化合物的方法，該方法 包括下述步驟：引入生物質(zhì)材料到無溶劑回收系統(tǒng)的隔室中，其中該生物質(zhì)材料含有一種 或更多種揮發(fā)性有機(jī)化合物；在該隔室內(nèi)接觸該生物質(zhì)材料與過熱的蒸氣物流，使生物質(zhì) 材料內(nèi)的至少一部分起始液體內(nèi)容物蒸發(fā)，該過熱的蒸氣物流包括至少一種揮發(fā)性有機(jī)化 合物；從加熱過的生物質(zhì)材料中分離蒸氣組分和固體組分，該蒸氣組分包括至少一種揮發(fā) 性有機(jī)化合物和保留至少一部分氣體組分以供用作部分過熱的蒸氣物流。
[0020] 在一個(gè)實(shí)施方案中，通過添加至少一種添加劑到生物質(zhì)中，生成生物質(zhì)，其中至少 一種添加劑包括微生物，和任選地酸和/或酶；和在儲(chǔ)存設(shè)施中儲(chǔ)存預(yù)備的生物質(zhì)材料至 少約24小時(shí)，便于由至少一部分糖生產(chǎn)至少一種揮發(fā)性有機(jī)化合物。
[0021] 與常規(guī)方法相比，本發(fā)明的實(shí)施方案提供許多優(yōu)勢(shì)。通過解決這些挑戰(zhàn)，其中一些 挑戰(zhàn)如上所述，例如需要分散的（decentralized)裝置，短的收割窗，快速的糖劣化，和大 的設(shè)備投資，本發(fā)明的實(shí)施方案允許由含有可發(fā)酵糖的植物經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)乙醇和其他揮發(fā)性 有機(jī)化合物。
[0022] 在某些實(shí)施方案中，可通過一堆或更多堆地儲(chǔ)存預(yù)備的生物質(zhì)材料，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵，從 而與通常要求顯著的資金投資的現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)酵工藝相比，減少或省去對(duì)昂貴設(shè)備的需 求。本發(fā)明的實(shí)施方案允許發(fā)酵與產(chǎn)品儲(chǔ)存聯(lián)合，其中現(xiàn)有技術(shù)的可發(fā)酵糖類作物的發(fā)酵 常常要求即時(shí)收割，避免腐敗，這使得現(xiàn)有技術(shù)的操作時(shí)間敏感。
[0023] 本發(fā)明的實(shí)施方案允許回收設(shè)施以控制的方式終年連續(xù)運(yùn)行，而與收割窗無關(guān)， 從而拓寬了放置回收設(shè)施可獲得的地理位置，其中包括具有相對(duì)短收割窗的區(qū)域。例如，巴 西的甘蔗乙醇裝置典型地每年操作約9個(gè)月，因?yàn)檫@是在巴西甘蔗的收割窗。在美國，相同 的裝置每年可僅僅操作約3-5個(gè)月，因?yàn)橐笈c作物短時(shí)間的可獲得性相關(guān)的即時(shí)收割。 本發(fā)明的實(shí)施方案省去或最小化對(duì)即時(shí)收割的需求，從而便于終年生產(chǎn)乙醇，而與糖類作 物的收割窗無關(guān)。
[0024] 本發(fā)明的實(shí)施方案提供對(duì)發(fā)酵和儲(chǔ)存時(shí)間段的控制，其中揮發(fā)性有機(jī)化合物的最 小劣化最多700天，從而提供短的收割窗，其中作物最接近于其峰值糖潛力和田間產(chǎn)率。與 常規(guī)方法相比，這便于在最佳條件下收割，所述常規(guī)方法可能需要犧牲糖的生產(chǎn)水平和田 間產(chǎn)率以獲得較長(zhǎng)收割窗。
[0025] 除了以上所述的特征以外，通過解決這些挑戰(zhàn)，例如儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本，短的收割 窗，快速的糖劣化，和大的設(shè)備投資，本發(fā)明的實(shí)施方案提供由含可發(fā)酵糖的植物經(jīng)濟(jì)地生 產(chǎn)備選的燃料，例如乙醇和其他揮發(fā)性有機(jī)化合物。本文描述的實(shí)施方案的一些方面可應(yīng) 用到任何生物質(zhì)材料，例如含有可發(fā)酵糖的植物上。本發(fā)明實(shí)施方案的特征允許經(jīng)濟(jì)地使 用各種植物生產(chǎn)備選的燃料和化學(xué)品且不限于高粱和遭受類似挑戰(zhàn)的其他植物。本文強(qiáng)調(diào) 這種挑戰(zhàn)性作物，是因?yàn)槠渌椒ê拖到y(tǒng)不能經(jīng)濟(jì)地使用這些挑戰(zhàn)性作物來生產(chǎn)燃料和化 學(xué)品。正因?yàn)槿绱?，具體提及高粱不打算限制，而是闡述本發(fā)明實(shí)施方案的特定應(yīng)用。
[0026] 根據(jù)下述詳細(xì)說明，本發(fā)明實(shí)施方案的其他特征和優(yōu)點(diǎn)變得顯而易見。然而，應(yīng)當(dāng) 理解，僅僅通過闡述給出詳細(xì)說明和同時(shí)表明本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的具體實(shí)施例，因?yàn)楦?據(jù)這一詳細(xì)說明，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種變化和改性對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯 而易見的。
[0027] 附圖簡(jiǎn)述
[0028] 這些附圖闡述了本發(fā)明一些實(shí)施方案的某些方面，且不應(yīng)當(dāng)用于限制或定義本發(fā) 明。
[0029] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的某些方面處理生物質(zhì)材料的一個(gè)實(shí)施方案的方框圖。
[0030] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的某些方面處理生物質(zhì)材料的另一個(gè)實(shí)施方案的方框圖。
[0031] 優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明
[0032] 本發(fā)明的實(shí)施方案可提供從固體生物質(zhì)材料中有效且經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)和回收乙醇或 其他揮發(fā)性有機(jī)化合物，例如乙酸，尤其在較大規(guī)模上，例如在商業(yè)化或工業(yè)規(guī)模上。根據(jù) 本發(fā)明的一個(gè)方面，該方法包括引入生物質(zhì)材料到無溶劑回收系統(tǒng)的隔室中，其中該生物 質(zhì)材料含有一種或更多種揮發(fā)性有機(jī)化合物；在該隔室內(nèi)接觸該生物質(zhì)材料與過熱的蒸氣 物流，使生物質(zhì)材料內(nèi)的至少一部分起始液體內(nèi)容物蒸發(fā)，該過熱的蒸氣物流包括至少一 種揮發(fā)性有機(jī)化合物；從加熱過的生物質(zhì)材料中分離蒸氣組分和固體組分，該蒸氣組分包 括至少一種揮發(fā)性有機(jī)化合物；和保留至少一部分氣體組分以供用作部分過熱的蒸氣物 流。該生物質(zhì)是通過添加至少一種添加劑到其中的預(yù)備生物質(zhì)，其中至少一種添加劑包括 微生物，和任選地酸和/或酶。預(yù)備的生物質(zhì)是在儲(chǔ)存設(shè)施中儲(chǔ)存至少約24小時(shí)的預(yù)備 的生物質(zhì)材料以便于生產(chǎn)至少一種揮發(fā)性有機(jī)化合物。
[0033] 本文中所使用的術(shù)語"固體生物質(zhì)"或"生物質(zhì)"至少是指來自活體或最近存活的 有機(jī)物的生物物質(zhì)。固體生物質(zhì)包括植物或動(dòng)物物質(zhì)，它們可轉(zhuǎn)化成纖維或其他工業(yè)化學(xué) 品，其中包括生物燃料。固體生物質(zhì)可以衍生于許多類型的植物或樹木，其中包括芒草，柳 枝稷草，大麻，玉米，熱帶白楊，柳樹，高粱，甘蔗，糖用甜菜和任何能量藤條，和各種樹種，范 圍從桉樹到油棕櫚（棕櫚油）。在一個(gè)實(shí)施方案中，固體生物質(zhì)包括至少一種可發(fā)酵的產(chǎn)糖 植物。固體生物質(zhì)可包括兩種或更多種不同的植物類型，其中包括可發(fā)酵的產(chǎn)糖植物。在 不打算限制本發(fā)明范圍的優(yōu)選實(shí)施方案中，選擇高粱，因?yàn)樗诓荒敲锤弋a(chǎn)的土地上具有 高的產(chǎn)率且具有高的糖含量。
[0034] 術(shù)語"可發(fā)酵的糖"是指低聚糖和單糖，它們可用作碳源（例如戊糖和己糖），通過 微生物，在厭氧和/或需氧條件下生成有機(jī)產(chǎn)物，例如醇類，有機(jī)酸，酯，和醛。這種有機(jī)產(chǎn) 物的生產(chǎn)通?？煞Q為發(fā)酵。至少一種可發(fā)酵的產(chǎn)糖植物含有在其生長(zhǎng)循環(huán)的過程中的一個(gè) 時(shí)間點(diǎn)處，在植物材料的水相內(nèi)溶解的可發(fā)酵的糖類?？砂l(fā)酵的產(chǎn)糖植物的非限制性實(shí)例 包括高粱，甘蔗，糖用甜菜和能量藤條。特別地，甘蔗，能量藤條，和高粱典型地在水相內(nèi)含 有約5% -約25%的可溶糖w/w且以濕重為基礎(chǔ)具有約60%至約80%的含濕量，當(dāng)它們臨 近或者處于它們的最大潛在可發(fā)酵糖的產(chǎn)生下時(shí)（例如，最大可發(fā)酵糖濃度）。
[0035] 術(shù)語"以濕重為基礎(chǔ)（wet basis)"至少是指包括水作為一部分質(zhì)量的質(zhì)量百分 t匕。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，產(chǎn)糖植物是高粱?？墒褂酶吡坏娜魏畏N屬或變體，它提供碳水化 合物的微生物轉(zhuǎn)化，變?yōu)閾]發(fā)性有機(jī)化合物（V0C)。對(duì)于使用高粱的實(shí)施方案來說，該植物 提供某些優(yōu)勢(shì)，其中包括節(jié)水（water-efficient)以及抗干旱和耐熱。這些性能使得該作物 適合于許多位置，其中包括地球上的各個(gè)區(qū)域，例如中國，非洲，澳大利亞和美國，例如海拔 高的平原地區(qū)，西部，和橫跨南德克薩斯州。
[0036] 在使用高粱的實(shí)施方案中，高粱可包括可被收割的具有較高可發(fā)酵糖濃度的任何 各種或各種的組合。具有優(yōu)選性能的一些種類的高粱有時(shí)稱為〃甜高粱"。該高粱可包括 可能或可能不含有充足濕氣以支持在甘蔗研磨操作中榨汁過程的各種高粱。在優(yōu)選的實(shí)施 方案中，固體生物質(zhì)包括商業(yè)上通過Advanta生產(chǎn)的Sugar T高粱變體和/或Sugar T的 父本，它也是Advanta的可商購的產(chǎn)品。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所使用的作物具有約5-約 25的糖度（brix)，優(yōu)選約10-約20的糖度，和更優(yōu)選約12-約18的糖度。本文中所使用 的術(shù)語"糖度"至少是指在水溶液內(nèi)葡萄糖、果糖和蔗糖的含量，其中1度糖度是在l〇〇g 溶液內(nèi)lg葡萄糖，果糖和/或蔗糖且代表以重量百分比（％ w/w)為單位的溶液濃度。在另 一優(yōu)選的實(shí)施方案中，所使用的作物的含濕量為約50 % -80 %，優(yōu)選至少60 %。
[0037] 在一個(gè)實(shí)施方案中，作物是糖度值為約18和含濕量為約67%的Sugar T的父本。 在另一個(gè)實(shí)施方案中，作物是糖度值為約12和含濕量為約73%的Sugar T。在這些特別的 實(shí)施方案中，通過手持式折射儀，測(cè)定糖度和含濕量值。
[0038] 在添加至少一種添加劑（微生物，任選地酸和/或酶）到固體生物質(zhì)中之后，它變 為預(yù)備的生物質(zhì)材料,其中至少一種添加劑促進(jìn)可發(fā)酵糖轉(zhuǎn)化成V0C(例如乙醇）。如以上 所述和以下進(jìn)一步描述的，預(yù)備的生物質(zhì)材料可儲(chǔ)存一段時(shí)間，以允許通過該轉(zhuǎn)化工藝生 成更多的V0C。然后從預(yù)備的生物質(zhì)材料中回收至少一種揮發(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。U.S.EPA提供揮發(fā)性有機(jī)化合物（V0C)的說明，其中之 一是碳的任何化合物，但不包括參與大氣光化學(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，例外的是EPA指定的具有可忽略不計(jì)的光化學(xué)反應(yīng)性的那些（參 見 http://www. epa. gov/iaq/voc2. html#definition)。揮發(fā)性有機(jī)化合物或 VOC 的另一說 明是任何有機(jī)化合物，其組成使得它們可在正常的室內(nèi)溫度和壓力的大氣條件下蒸發(fā)。這 是在科技文獻(xiàn)中使用的V0C的一般定義，且與室內(nèi)空氣質(zhì)量所使用的定義一致。正常的室 內(nèi)溫度和壓力的大氣條件是指被人們居住的建筑物中通常發(fā)現(xiàn)的條件范圍，和因此可隨建 筑物的類型及其地理位置而變化。通過國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC)和國家標(biāo)準(zhǔn) 與技術(shù)會(huì)（NIST)提供一個(gè)例舉的正常室內(nèi)大氣條件。IUPAC的標(biāo)準(zhǔn)是0°C的溫度（273,15 K，32° F)和lOOkPa的絕對(duì)壓力（14,504psi)，和NIST的定義是20°C的溫度（293，15K， 68° F)和 101. 325kPa 的絕對(duì)壓力（14. 696psi)。
[0039] 由于通?；衔锏膿]發(fā)性越高，則其沸點(diǎn)溫度越低，因此，有機(jī)化合物的揮發(fā)性 有時(shí)通過它們的沸點(diǎn)來定義并分類。因此V0C可通過其沸點(diǎn)來描述。V0C是沸程為約 50°C -260°C的任何有機(jī)化合物，這在約101. 3kPa的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下測(cè)量?？苫厥蘸?或由從 本發(fā)明的實(shí)施方案中回收的V0C進(jìn)一步加工的許多揮發(fā)性有機(jī)化合物在香料和調(diào)味料工 業(yè)中具有應(yīng)用。這些化合物的實(shí)例可以是酯，酮，醇，醛，烴和萜烯類。下表1進(jìn)一步提供了 可回收和/或由從預(yù)備的生物質(zhì)材料中回收的V0C進(jìn)一步加工的揮發(fā)性有機(jī)化合物的非限 定性實(shí)例。
[0040] 表 1
[0041]
【權(quán)利要求】
1. 從生物質(zhì)材料中回收揮發(fā)性有機(jī)化合物的方法，該方法包括： 引入生物質(zhì)材料到無溶劑回收系統(tǒng)的隔室中，其中該生物質(zhì)材料含有一種或更多種揮 發(fā)性有機(jī)化合物； 在該隔室內(nèi)接觸該生物質(zhì)材料與過熱的蒸氣物流，使生物質(zhì)材料內(nèi)的至少一部分起始 液體內(nèi)容物蒸發(fā)，所述過熱的蒸氣物流包括至少一種揮發(fā)性有機(jī)化合物； 從加熱過的生物質(zhì)材料的固體組分中分離蒸氣組分，該蒸氣組分包括至少一種揮發(fā)性 有機(jī)化合物；和 保留至少一部分氣體組分以供用作過熱的蒸氣物流的至少一部分。
2. 權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括維持過熱的蒸氣物流在目標(biāo)溫度下。
3. 權(quán)利要求2的方法，其中至少一部分過熱的蒸氣物流具有范圍為約104°C -約372°C 的溫度。
4. 權(quán)利要求2的方法，其中維持步驟包括使用與隔室相連的換熱組件。
5. 權(quán)利要求4的方法，其中換熱組件中的熱能源不直接接觸所引入的生物質(zhì)材料。
6. 權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括引入一部分氣體組分到蒸餾塔中。
7. 權(quán)利要求6的方法，其中至少一種揮發(fā)性有機(jī)化合物是乙醇，所述方法進(jìn)一步包括 從蒸餾塔中純化至少一部分產(chǎn)物，生產(chǎn)乙醇含量大于約9 9 w t %的富含乙醇產(chǎn)物物流的步 驟。
8. 權(quán)利要求7的方法，其中所述富含乙醇的產(chǎn)物物流用作機(jī)動(dòng)車汽油組合物中的組 分。
9. 權(quán)利要求1的方法，其中起始液體內(nèi)容物為最多約80wt%，基于生物質(zhì)材料。
10. 權(quán)利要求1的方法，其中起始液體內(nèi)容物包括約2wt% -約50wt%的乙醇，基于起 始液體內(nèi)容物。
11. 權(quán)利要求1的方法，其中分離氣體組分的步驟進(jìn)一步包括從隔室中導(dǎo)引至少一部 分蒸氣組分作為蒸氣組分物流。
12. 權(quán)利要求11的方法，進(jìn)一步包括通過控制離開系統(tǒng)的蒸氣組分物流的流量，獲得 揮發(fā)性有機(jī)化合物回收目標(biāo)的步驟。
13. 權(quán)利要求1的方法，其中離開無溶劑回收系統(tǒng)的至少一部分固體組分的溫度小于 約 50°C。
14. 權(quán)利要求1的方法，其中加壓該隔室，并且隔室的壓力范圍為約0.06巴表壓到約 16巴表壓（barg)。
15. 權(quán)利要求1的方法，其中生物質(zhì)材料包括選自高粱，甘蔗，玉米，熱帶玉米，糖用甜 菜，能量藤條，及其任何組合中的作物。
16. 權(quán)利要求1的方法，其中通過添加至少一種添加劑到生物質(zhì)中，生成生物質(zhì)材料， 其中所述至少一種添加劑包括微生物，和任選地酸和/或酶；和在儲(chǔ)存設(shè)施中儲(chǔ)存該預(yù)備 的生物質(zhì)材料至少約24小時(shí)，以便于由至少一部分糖生產(chǎn)至少一種揮發(fā)性有機(jī)化合物。
【文檔編號(hào)】C10G3/00GK104302777SQ201380025714
【公開日】2015年1月21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】C·W·雷德特克, P·G·漢密爾頓, K·M·克萊特曼 申請(qǐng)人:國際殼牌研究有限公司