專利名稱：轉化生物質的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及生物質處理方法，更具體說，涉及將生物質轉化為羧酸和醇的 系統(tǒng)和方法。 背景在農(nóng)業(yè)和工業(yè)處理中仍然無法利用或不能有效利用大量的生物質，具體是木質 素纖維素生物質。通常難以處理這些生物質或者費用昂貴。因此，利用這些生物質 來生產(chǎn)有用的化學物質的方法非常有價值。有機酸是這類有用化學物質的一個例子。 歷史上，用動物脂肪或植物油原料或用石油原料在基本上非水性系統(tǒng)中生產(chǎn)有機酸。 近來，用發(fā)酵由生物質制造的最引人注目的產(chǎn)品之一就是有機酸?？梢酝ㄟ^使生物 質發(fā)酵來生產(chǎn)的另一種重要的工業(yè)化學物質是醇。然而，從全部發(fā)酵產(chǎn)物中提取有 機酸和醇并不容易，利用能量、水和反應化學物質的效率通常很低。概述根據(jù)本發(fā)明講述，提供了將生物質轉化成有用化學物質的系統(tǒng)和方法。 一具體 實施方式中，所述方法包括使生物質在一個或多個發(fā)酵罐中發(fā)酵生成含有羧酸銨鹽 的發(fā)酵液，所述發(fā)酵罐含有選自碳酸銨和碳酸氫銨的緩沖液。所述方法還包括使羧 酸銨鹽與高分子量胺反應來生成羧酸胺鹽，和熱裂解所述羧酸胺鹽生成羧酸。在另 一實施方式中，所述方法包括使來自發(fā)酵罐的羧酸銨鹽與低分子量胺反應生成低分 子量羧酸胺鹽，將低分子量羧酸胺鹽中的低分子量胺與高分子量胺交換形成高分子 量羧酸胺鹽，和熱裂解所述羧酸胺鹽生成羧酸。又一實施方式中，所述方法包括使 來自發(fā)酵罐的羧酸銨鹽與高分子量醇反應生成高分子量酯，氫化所述高分子量酯生 成醇。本發(fā)明具體實施方式
的技術優(yōu)點可以包括能夠利用碳酸銨或碳酸氫銨來緩沖發(fā)酵反應。如果將氨直接加入反應體系，pH可能太高而會破壞用來使生物質發(fā)酵的微 生物。利用碳酸銨或碳酸氫銨減少或消除了這一問題。此外，利用碳酸銨或碳酸氫 銨緩沖液與鈣基緩沖液系統(tǒng)相比能夠簡化發(fā)酵液的下游處理。這種鈣基緩沖液系統(tǒng) 可能導致鈣鹽形成而聚集在熱交換器和其它設備表面。相反，本發(fā)明銨鹽不會聚集在設備表面。本發(fā)明具體實施方式
的另一技術優(yōu)點包括在下游處理中能夠減少或消除固體處理。應該理解，本發(fā)明各種實施方式可以包括所列舉的技術優(yōu)點中的一些、所有的 優(yōu)點，或不包括這些優(yōu)點。另外，本領域技術人員可以容易地從本申請包括的附圖、 說明書和權利要求書中看出本發(fā)明的其它技術優(yōu)點。附圖簡要說明為了更完整地理解本發(fā)明及其特征和優(yōu)點，現(xiàn)結合下列附圖提供下面的描述， 附圖中

圖1顯示根據(jù)本發(fā)明一具體實施方式
將生物質轉化成羧酸的系統(tǒng)； 圖2顯示利用如圖1所示系統(tǒng)將生物質轉化成羧酸的方法的流程圖； 圖3顯示根據(jù)本發(fā)明一具體實施方式
將生物質轉化成羧酸的系統(tǒng)； 圖4顯示利用如圖3所示系統(tǒng)將生物質轉化成羧酸的方法的流程圖； 圖5顯示根據(jù)本發(fā)明一具體實施方式
將生物質轉化成醇的系統(tǒng)； 圖6顯示利用如圖5所示系統(tǒng)將生物質轉化成醇的方法的流程圖； 實施方式詳述根據(jù)本發(fā)明的講述，提供了一種將生物質轉化成有用化學物質的系統(tǒng)和方法。 一具體實施方式
中，所述方法包括使生物質在一個或多個發(fā)酵罐中發(fā)酵生成含有羧酸銨鹽的發(fā)酵液，所述發(fā)酵罐含有碳酸銨或碳酸氫銨的緩沖液。所述方法還包括使 來自發(fā)酵罐的羧酸銨鹽與高分子量胺反應來生成羧酸胺鹽，和熱裂解所述羧酸胺鹽 生成羧酸。在另一實施方式中，來自發(fā)酵罐的羧酸銨鹽可以與低分子量胺反應生成 低分子量羧酸胺鹽。然后所述低分子量羧酸胺鹽中的低分子量胺可以與高分子量胺 交換形成高分子量羧酸胺鹽，然后熱裂解所述羧酸胺鹽生成羧酸。又一實施方式中， 來自發(fā)酵罐的羧酸銨鹽可以與高分子量醇反應生成高分子量酯，可以氫化所述高分 子量酯生成醇。 一具體實施方式
中，在發(fā)酵罐中使用碳酸銨或碳酸氫銨能夠改變生 成羧酸、酯和醇的下游處理方法。而且，本發(fā)明具體實施方式
可以簡化從發(fā)酵液中 回收羧酸和/或醇。圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明具體實施方式
的發(fā)酵系統(tǒng)100。發(fā)酵系統(tǒng)100是一種可 用來由生物質生成羧酸的發(fā)酵系統(tǒng)。大體上，發(fā)酵系統(tǒng)100包括一個或多個發(fā)酵罐 102、脫水系統(tǒng)106、反應器108、蒸餾塔110和填料塔112。盡管根據(jù)本發(fā)明的講述 可以采用任何數(shù)量的合適的發(fā)酵罐幾何結構和排列，然而如圖l所示，發(fā)酵系統(tǒng)IOO包括4個逆流發(fā)酵罐102a-d。這4個發(fā)酵罐102a-d包括逆流發(fā)酵罐系統(tǒng)，其中新鮮 生物質加到發(fā)酵罐102a頂部，新鮮水加到發(fā)酵罐102d底部，所述生物質和水以相 反方向流過發(fā)酵罐102。例如，未消化殘渣從發(fā)酵罐102a底部運送到發(fā)酵罐102b， 未消化殘渣從發(fā)酵罐102b底部運送到發(fā)酵罐102c，未消化殘渣從發(fā)酵罐102c底部 運送到發(fā)酵罐102d和未消化殘渣從發(fā)酵罐102d底部從發(fā)酵系統(tǒng)排出并丟棄。同時， 將來自發(fā)酵罐102d的液體送到發(fā)酵罐102c，將來自發(fā)酵罐102c的液體送到發(fā)酵罐 102b，將來自發(fā)酵罐102b的液體送到發(fā)酵罐102a，最終從發(fā)酵罐102a收集發(fā)酵液。
具體實施方式
中，可以使用螺旋壓機(未顯示)或其它合適的脫水設備來降低在 各發(fā)酵罐102間傳送的固體中的液體含量。而且，可以給每個發(fā)酵罐102裝配通過 固體物質的循環(huán)回路來幫助分配甲烷抑制劑，例如三碘甲烷、三溴甲烷和溴代乙磺 酸，和/或緩沖液例如碳酸氫銨或碳酸銨。在具體實施方式
中，由于銨離子已經(jīng)是非 常有效的甲烷微生物的抑制劑，因此可以任選加入甲烷抑制劑。在發(fā)酵罐102內部，產(chǎn)酸微生物的混合培養(yǎng)物能促進生物質的發(fā)酵。盡管根據(jù) 本發(fā)明講述可以采用各種合適的微生物，具體實施方式
中還是利用了適應高鹽環(huán)境 的微生物，例如來自海洋環(huán)境或鹽湖的接種菌。其它實施方式可以采用來自土壤或 牛瘤胃的微生物。這些微生物可以在相當大pH范圍內存活(例如，5.0-8.0);然而， 在具體實施方式
中，當pH接近中性(即6.5-7.5)時發(fā)酵最有效。因此，可以用任何 適當?shù)姆绞娇刂瓢l(fā)酵罐102內部溫度和pH。例如，在具體實施方式
中，可以通過調 節(jié)循環(huán)液體的溫度來控制發(fā)酵罐102內部的溫度?？梢酝ㄟ^加入緩沖液的速率來調 節(jié)發(fā)酵罐102內部的pH。本發(fā)明具體實施方式
中，該緩沖液可以包含碳酸銨或碳酸 氫銨。將從發(fā)酵罐102中收集的發(fā)酵液進一步進行下游處理。
具體實施方式
中，該發(fā) 酵液可能含有下游處理步驟不希望有的浮渣。因此，具體實施方式
中可能采用各種 方法來除去浮渣。例如，具體實施方式
中，可以將所述發(fā)酵液泵送通過能夠讓羧酸 銨鹽通過而留下浮渣的具有分子量截斷功能的超濾器104。其它實施方式中，可以將 促凝劑和絮凝劑，例如那些用來使從甘蔗中提取的糖汁澄清的物質，加入發(fā)酵液來 形成可以通過過濾除去的沉淀。不考慮除去發(fā)酵液中浮渣的方式(如果有的話)，將來自發(fā)酵罐102的發(fā)酵液通 到脫水系統(tǒng)106，以除去發(fā)酵液中的水而形成接近飽和(即約50%)的羧酸銨鹽溶液。 盡管根據(jù)本發(fā)明的講述可以采用各種脫水系統(tǒng)，圖1顯示的脫水系統(tǒng)106是蒸汽壓 縮系統(tǒng)。該系統(tǒng)106中，將來自濃縮鹽溶液的蒸汽進行壓縮，使它們在熱交換器中冷凝。冷凝器內的冷凝熱再為蒸煮器中的蒸發(fā)提供熱量。用這種方式，熱在該系統(tǒng) 中循環(huán)。只需要給壓縮器提供小量軸功就能驅動該系統(tǒng)。將來自脫水系統(tǒng)106的濃縮羧酸銨鹽送到加熱的、均勻混合的反應器108中， 往溶液中加入高分子量("HMW")胺使它反應形成HMW-羧酸胺鹽。
具體實施方式
中，所 加入的HMW胺包括三辛胺。其它實施方式中，三乙醇胺可以與HMW羧酸反應制備相 應的酯。
具體實施方式
中還可以加入表面活性劑來促進胺相和水相之間的接觸。加熱反應器108從所述溶液中餾出水和氨，所述水和氨被HMW胺取代形成HMW 羧酸胺鹽。將來自反應器108的氨和水送到填料塔112，使它們在填料塔中與來自發(fā) 酵罐102的二氧化碳反應，根據(jù)塔所保持的pH值，形成碳酸氫銨或碳酸銨。然后可 以將所述碳酸氫銨或碳酸銨用作發(fā)酵罐102中的緩沖液。在具體實施方式
中，在將 該碳酸氫銨或碳酸銨送到發(fā)酵罐102之前可以先濃縮來幫助減少送到的水加入量。將來自反應器108的所述HMW羧酸胺鹽送到反應蒸餾塔110中，使它們在那里 熱裂解生成從塔110頂部排出的羧酸，和從塔110底部排出并再循環(huán)進入反應器108 中的HMW胺。在l個大氣壓下，典型的裂解溫度根據(jù)羧酸的分子量約為150-20(TC。 酸的分子量越高，發(fā)生熱裂解所需的溫度越高。然后可以收集從塔110排出的羧酸。發(fā)酵系統(tǒng)100所采用的更易理解的方法請參閱圖2，該圖顯示了利用與圖1所 示相同的設備從生物質制備羧酸的方法的流程圖200。流程圖200從步驟202開始。 步驟204中，將生物質發(fā)酵生成二氧化碳和含有羧酸銨鹽的發(fā)酵液。大體上，該步 驟采用多個逆流發(fā)酵罐使用碳酸銨或碳酸氫銨緩沖液來進行。然后在步驟206中除 去用多個發(fā)酵罐生成的所述發(fā)酵液中的浮渣。在本發(fā)明具體實施方式
中，該步驟可 以通過采用濾出浮渣的超濾器或能使浮渣形成沉淀然后可以濾出的促凝劑或絮凝劑 來進行。步驟208中，然后用脫水系統(tǒng)，例如蒸汽壓縮系統(tǒng)來濃縮所述去除浮渣的發(fā)酵 液。所述脫水系統(tǒng)將發(fā)酵液濃縮成接近飽和(即，約50%)的羧酸銨鹽溶液。然后在步 驟210中，將該接近飽和的羧酸銨鹽與HMW胺在加熱的、均勻混合的反應器中反應 來生成羧酸胺鹽。作為該方法的一部分，還會生成水和氨。在步驟214中，將該水 和氨與多個發(fā)酵罐排出的二氧化碳反應來生成碳酸銨或碳酸氫銨，后者可用于緩沖 多個逆流發(fā)酵罐中的發(fā)酵反應。然后使步驟210生成的羧酸胺鹽在步驟212中在反應蒸餾塔中熱裂解生成羧酸 和HMW胺。HMW胺從塔底部排出，可用來在步驟210中與羧酸銨鹽反應。另一方面， 所述羧酸從塔頂部排出，并可以收集。在步驟216，流程圖200結束。圖3顯示了依據(jù)本發(fā)明另一實施方式的發(fā)酵系統(tǒng)300。與發(fā)酵系統(tǒng)IOO(圖l)類 似，發(fā)酵系統(tǒng)300可用于由生物質生成羧酸。然而，與僅利用HMW胺的發(fā)酵系統(tǒng)IOO 不同，發(fā)酵系統(tǒng)300還利用低分子量("LMW")胺，例如三乙胺、甲基二乙胺、二甲基 乙醇胺或乙醇胺來生成羧酸。總體上，發(fā)酵系統(tǒng)300包括一個或多個發(fā)酵罐302，脫水系統(tǒng)306，蒸餾塔308、 310和312，和填料塔314。盡管根據(jù)本發(fā)明的講述可以采用任何數(shù)量的合適的發(fā)酵 罐幾何結構和排列，圖3顯示了發(fā)酵系統(tǒng)300包括4個逆流發(fā)酵罐302a-d，其中新 鮮生物質加到發(fā)酵罐302a頂部，新鮮水加到發(fā)酵罐302d底部。這些發(fā)酵罐302可 與上面有關圖1所述的發(fā)酵罐102的操作類似。將從發(fā)酵罐302a收集的發(fā)酵液送到下游處理。
具體實施方式
中，該發(fā)酵液還可 能含有下游處理步驟中不希望有的浮渣。
具體實施方式
中，可以采用任何合適的方 法除去該浮渣。例如，在具體實施方式
中，可以將所述發(fā)酵液泵送通過能夠讓羧酸 銨鹽通過而留下浮渣的具有分子量截斷功能的超濾器304。其它實施方式中，可以將 促凝劑和絮凝劑，例如那些用來使從甘蔗提取的糖汁澄清的物質，加入發(fā)酵液來形 成可以通過適當過濾除去的沉淀。不考慮除浮渣方式(如果有的話)，將來自發(fā)酵罐302的發(fā)酵液送到脫水系統(tǒng) 306，以除去發(fā)酵液中的水而形成接近飽和(即約50%)的羧酸銨鹽溶液。盡管根據(jù)本 發(fā)明的講述可以采用各種脫水系統(tǒng)，圖3顯示的脫水系統(tǒng)306是蒸汽壓縮系統(tǒng)。該 蒸汽壓縮系統(tǒng)與上面有關圖1所述的脫水系統(tǒng)106的操作類似。本方法中將來自脫水系統(tǒng)306的濃縮羧酸銨鹽送到蒸餾塔308中，在該塔中加 入LMW胺生成LMW-羧酸胺鹽，餾出水和氨。
具體實施方式
中，所加入的LMW胺可以 包括三乙胺、甲基二乙胺、二甲基乙醇胺、乙醇胺或任何其它合適的L麗胺。具體 實施方式中，LMW胺是標準沸點高于約10(TC，這樣使所述胺比水更不易揮發(fā)的水溶 性胺。而且，具體實施方式
中，L麗可以是叔胺，有助于避免可能形成酰胺。不考慮 所選的LMW胺，塔308頂部帶有分凝器，能夠將回流液(主要是水)送回塔中防止LMW 胺蒸氣損失。將未送回塔308的所述氨和水送入填料塔314，使它們在那里與來自發(fā) 酵罐302的二氧化碳反應，取決于塔所保持的pH，形成可用作發(fā)酵罐302中的緩沖 液的碳酸氫銨或碳酸銨。
具體實施方式
中，在將所述碳酸氫銨或碳酸銨送到發(fā)酵罐 302之前可以先濃縮來幫助減少送到發(fā)酵罐的水加入量。將蒸餾塔308底部物質送到蒸餾塔310，使LMW羧酸胺鹽中的LMW胺與HMW胺 交換生成HMW羧酸胺鹽和L麗胺。所述LMW胺從塔310頂部排出并再循環(huán)進塔308。本發(fā)明具體實施方式
中，為了避免熱裂解或形成酰胺，可以在真空下操作塔308來 降低塔內溫度。H麗羧酸胺鹽從第二塔底部排出，進入反應蒸餾塔312。在反應蒸餾塔312內，將所述HMW羧酸胺鹽熱裂解，生成從塔頂部排出的羧酸， 和從塔底部排出并再循環(huán)進蒸餾塔310的HMW胺。在1個大氣壓下，典型的裂解溫 度根據(jù)羧酸的分子量約為150-20(TC。酸的分子量越高，發(fā)生熱裂解所需的溫度越高。發(fā)酵系統(tǒng)300所采用的更易理解的方法請參閱圖4，該圖顯示了利用圖3所示 的設備從生物質制備羧酸的方法的流程圖400。流程圖400從步驟402開始。步驟 404中，將生物質發(fā)酵生成二氧化碳和含有羧酸銨鹽的發(fā)酵液。大體上，采用多個逆 流發(fā)酵罐使用碳酸銨或碳酸氫銨緩沖液來進行。然后在步驟406中除去用多個發(fā)酵 罐生成的所述發(fā)酵液中的浮渣。在本發(fā)明具體實施方式
中，該步驟可以通過采用濾 出浮渣的超濾器，或能使浮渣形成沉淀然后可以濾出的促凝劑或絮凝劑來進行。步驟408中，然后利用脫水系統(tǒng)，例如蒸汽壓縮系統(tǒng)來濃縮所述去除浮渣的發(fā) 酵液。所述脫水系統(tǒng)將發(fā)酵液濃縮成接近飽和(即，約50%)的羧酸銨鹽溶液。然后在 步驟410中，將該接近飽和的羧酸銨鹽溶液與LMW胺反應生成LMW羧酸胺鹽。作為 該方法的一部分，還會排出水和氨。在步驟416中，將該水和氨與來自發(fā)酵罐的二 氧化碳反應生成碳酸銨或碳酸氫銨，后者可用于緩沖發(fā)酵罐中的發(fā)酵反應。然后使來自步驟410的LMW羧酸胺鹽中的LMW胺在步驟412中與HMW胺交換生 成HMW羧酸胺鹽和LMW胺。然后在步驟410中將所述L麗胺用于生成更多LMW羧酸 胺鹽。然后使所述HMW羧酸胺鹽在反應蒸餾塔中熱裂解生成羧酸和HMW胺。腿W胺從 塔底部排出，可用來在步驟412中與LMW羧酸胺鹽反應。所述羧酸從塔頂部排出， 并可以收集。在步驟418，流程圖400結束。與將生物質轉化成羧酸的系統(tǒng)IOO(圖l)和300(圖3)不同，可以采用本發(fā)明其 它實施方式來將生物質轉化成醇。圖5顯示了按照該一實施方式的發(fā)酵系統(tǒng)500。如 圖5所示，發(fā)酵系統(tǒng)500包括一個或多個發(fā)酵罐502，脫水系統(tǒng)，蒸餾塔508和512， 氫化反應器510和填料塔514。盡管根據(jù)本發(fā)明的講述可以采用任何數(shù)量的合適的發(fā)酵罐幾何結構和排列，圖 5顯示了發(fā)酵系統(tǒng)500包括4個逆流發(fā)酵罐502a-d，其中新鮮生物質加到發(fā)酵罐502a 頂部，新鮮水加到發(fā)酵罐502d底部。最終從發(fā)酵罐502a中收集發(fā)酵液。這些發(fā)酵 罐502可與上面有關圖1和3分別所述的發(fā)酵罐102和302的操作類似。將從發(fā)酵罐502a收集的發(fā)酵液送到下游處理。
具體實施方式
中，該發(fā)酵液還可 能含有下游處理步驟中不希望有的浮渣。
具體實施方式
中，可以采用任何合適的方法除去該浮渣。例如，在具體實施方式
中，可以將所述發(fā)酵液泵送通過能夠讓羧酸銨鹽通過而留下浮渣的具有分子量截斷功能的超濾器504。其它實施方式中，可以將促凝劑和絮凝劑，例如那些用來使從甘蔗提取的糖汁澄清的物質，加入發(fā)酵液來形 成可以通過過濾除去的沉淀。將來自發(fā)酵罐502的去浮渣發(fā)酵液通到脫水系統(tǒng)506，以除去發(fā)酵液中的水而 形成接近飽和(即約50%)的羧酸銨鹽溶液。盡管根據(jù)本發(fā)明的講述可以采用各種脫水 系統(tǒng)，圖5顯示的脫水系統(tǒng)506是與上面有關圖1和3所述的蒸汽壓縮系統(tǒng)的操作 類似的蒸汽壓縮系統(tǒng)。將來自脫水系統(tǒng)506的濃縮羧酸銨鹽送到反應蒸餾塔508中與具有4個或更多 碳原子的HMW醇混合。在反應蒸餾塔508中，所述羧酸銨鹽與醇反應形成留在塔底 部的HMW酯。通常，該反應在堿性條件下進行?；亓饔兄跍p少HMW醇和HMW酯從 塔頂部損失。將從塔508頂部排出的水和氨送到填料塔514，使它們在那里與來自發(fā) 酵罐502的二氧化碳反應，根據(jù)塔所保持的pH，形成碳酸氫銨或碳酸銨，用于緩沖 發(fā)酵罐502中的溶液。將從反應蒸餾塔508底部排出的HMW酯送到氫化反應器510， 使它們在那里轉化成LMW醇和HMW醇。為了加快氫化，本發(fā)明具體實施方式
可以使 用合適的催化劑，例如拉尼鎳、鉑或鈀。將這些醇送到蒸餾塔512分離。LMW醇從蒸 餾塔512頂部排出，可以在那里收集，而HMW醇從塔512底部排出，并再循環(huán)進反 應蒸餾塔508。發(fā)酵系統(tǒng)500所采用的更易理解的方法請參閱圖6，該圖顯示了利用圖5所示 的設備從生物質制備羧酸的方法的流程圖600。流程圖600從步驟602開始。步驟 604中，將生物質發(fā)酵生成二氧化碳和含有羧酸銨鹽的發(fā)酵液。大體上，采用多個逆 流發(fā)酵罐使用碳酸銨或碳酸氫銨緩沖液來進行。然后在步驟606中除去用多個發(fā)酵 罐生成的所述發(fā)酵液中的浮渣。在本發(fā)明具體實施方式
中，該步驟可以通過采用濾 出浮渣的超濾器或能使浮渣形成沉淀然后可以濾出的促凝劑或絮凝劑來進行。步驟608中，然后利用脫水系統(tǒng)，例如蒸汽壓縮系統(tǒng)來濃縮所述去除浮渣的發(fā) 酵液。所述脫水系統(tǒng)將發(fā)酵液濃縮成接近飽和(S卩，約50%)的羧酸銨鹽溶液。然后在 步驟610中，將該接近飽和的羧酸銨鹽溶液與HMW醇反應生成HMW酯。作為該方法 的一部分，還會排出水和氨。在步驟616中，將該水和氨與來自發(fā)酵罐的二氧化碳 反應生成碳酸銨或碳酸氫銨，后者可用于緩沖發(fā)酵罐中的發(fā)酵反應。然后使來自步驟610的HMW醇在步驟612中氫化生成HMW醇和LMW醇。然后在 步驟614中將這些醇在蒸餾塔中分離。HMW醇從塔底部排出，可用來在步驟610中與羧酸銨鹽反應。所述LMW醇從塔頂部排出，并可以收集。在步驟618，流程圖600結 束。通過用碳酸銨或碳酸氫銨緩沖所述發(fā)酵反應，具體實施方式
能夠提供明顯優(yōu)于 其它系統(tǒng)的益處。例如，如果將氨直接加入發(fā)酵罐，發(fā)酵罐內pH會變得太高而破壞 用來發(fā)酵生物質的微生物。另外，采用碳酸銨或碳酸氫銨緩沖液，相比鈣鹽會聚集 在熱交換器或其它設備表面的鈣基緩沖液系統(tǒng)，能夠簡化發(fā)酵液的下游處理。盡管已經(jīng)在附圖和上述具體描述中說明了本發(fā)明方法和設備的具體實施方式
， 應該理解本發(fā)明并不限于所公開的實施方式，在不偏離由以下權利要求書所提出和限定的本發(fā)明精神的前提下能夠有許多重新排列、變化和替代。
權利要求
1.一種將生物質轉化成羧酸的方法，包括在一個或多個發(fā)酵罐中使生物質發(fā)酵生成含有羧酸銨鹽的發(fā)酵液；使所述羧酸銨鹽與高分子量胺反應生成羧酸胺鹽；和熱裂解所述羧酸胺鹽生成羧酸；其中所述發(fā)酵罐含有選自碳酸銨和碳酸氫銨的緩沖液。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述一個或多個發(fā)酵罐包括多個逆 流發(fā)酵罐。
3. 如權利要求1所述的方法，還包括通過使二氧化碳與在羧酸銨鹽與高分子量 胺反應期間釋放的水和氨反應來生成緩沖液。
4. 如權利要求1所述的方法，還包括在羧酸銨鹽與高分子量胺反應前先濃縮發(fā) 酵液來濃縮羧酸銨鹽。
5. 如權利要求1所述的方法，還包括對發(fā)酵液去除浮渣。
6. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述發(fā)酵罐含有產(chǎn)酸微生物的混合 培養(yǎng)物。
7. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述微生物適應于高鹽環(huán)境。
8. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述微生物是天然接種菌。
9. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述微生物來自土壤或牛瘤胃。
10. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述發(fā)酵罐的pH保持在約6. 5-7. 5。
11. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述發(fā)酵罐含有甲烷抑制劑。
12. 如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述甲垸抑制劑是三碘甲垸、三 溴甲烷或溴代乙磺酸。
13. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述高分子量胺包括三辛胺或三乙 醇胺。
14. 一種將生物質轉化成羧酸的系統(tǒng)，包括 能夠用生物質生成含有羧酸銨鹽的發(fā)酵液的一個或多個發(fā)酵罐； 能夠使羧酸銨鹽與高分子量胺反應生成羧酸胺鹽的反應器；和 能夠熱裂解羧酸胺鹽生成羧酸的反應蒸餾塔；其中所述發(fā)酵罐含有選自碳酸銨和碳酸氫銨的緩沖液。
15. 如權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或多個發(fā)酵罐包括多個逆流發(fā)酵罐。
16. 如權利要求14所述的系統(tǒng)，還包括能夠在羧酸銨鹽與高分子量胺反應前先濃縮羧酸銨鹽的脫水系統(tǒng)。
17. 如權利要求14所述的系統(tǒng)，還包括能夠使二氧化碳與反應器中釋放的水和 氨反應生成緩沖液的填料塔。
18. 如權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)酵罐含有產(chǎn)酸微生物的混 合培養(yǎng)物。
19. 如權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微生物適應于高鹽環(huán)境。
20. 如權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微生物是天然接種菌。
21. 如權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微生物來自土壤或牛瘤胃。
22. 如權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括能夠去除用發(fā)酵罐生成的 發(fā)酵液的浮渣的去浮渣系統(tǒng)。
23. 如權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)酵罐的pH保持在約6. 5-7. 5。
24. 如權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)酵罐含有甲垸抑制劑。
25. 如權利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述甲垸抑制劑是三碘甲烷、三 溴甲烷或溴代乙磺酸。
26. 如權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述高分子量胺包括三辛胺或三 乙醇胺。
27. —種將生物質轉化成羧酸的方法，包括在一個或多個發(fā)酵罐中使生物質發(fā)酵生成含有羧酸銨鹽的發(fā)酵液； 使所述羧酸銨鹽與低分子量胺反應生成低分子量羧酸胺鹽； 使低分子量羧酸胺鹽中的低分子量胺與高分子量胺交換形成高分子量羧酸胺 鹽；和熱裂解所述高分子量羧酸胺鹽生成羧酸； 其中所述發(fā)酵罐含有選自碳酸銨和碳酸氫銨的緩沖液。
28. 如權利要求27所述的方法，其特征在于，所述一個或多個發(fā)酵罐包括多個 逆流發(fā)酵罐。
29. 如權利要求27所述的方法，還包括通過使二氧化碳與在羧酸銨鹽與低分子 量胺反應期間釋放的水和氨反應來生成緩沖液。
30. 如權利要求27所述的方法，還包括在羧酸銨鹽與低分子量胺反應前先濃縮發(fā)酵液來濃縮羧酸銨鹽。
31. 如權利要求27所述的方法，還包括對發(fā)酵液去除浮渣。
32. 如權利要求27所述的方法，其特征在于，所述發(fā)酵罐含有產(chǎn)酸微生物的混 合培養(yǎng)物。
33. 如權利要求32所述的方法，其特征在于，所述微生物適應于高鹽環(huán)境。
34. 如權利要求32所述的方法，其特征在于，所述微生物是天然接種菌。
35. 如權利要求32所述的方法，其特征在于，所述微生物來自土壤或牛瘤胃。
36. 如權利要求27所述的方法，其特征在于，所述發(fā)酵罐的pH保持在約6. 5-7. 5。
37. 如權利要求27所述的方法，其特征在于，所述發(fā)酵罐含有甲垸抑制劑。
38. 如權利要求37所述的方法，其特征在于，所述甲垸抑制劑是三碘甲烷、三 溴甲烷或溴代乙磺酸。
39. 如權利要求27所述的方法，其特征在于，所述高分子量胺包括三辛胺或三 乙醇胺。
40. 如權利要求27所述的方法，其特征在于，所述低分子量胺是叔胺。
41. 如權利要求27所述的方法，其特征在于，所述低分子量胺是水溶性的。
42. 如權利要求27所述的方法，其特征在于，所述低分子量胺的標準沸點高于 約IO(TC。
43. 如權利要求27所述的方法，其特征在于，所述低分子量胺是三乙胺、甲基 二乙胺、二甲基乙醇胺或乙醇胺。
44. 一種將生物質轉化成羧酸的系統(tǒng)，包括 能夠用生物質生成含有羧酸銨鹽的發(fā)酵液的一個或多個發(fā)酵罐； 能夠使羧酸銨鹽與低分子量胺反應生成低分子量羧酸胺鹽的蒸餾塔； 能夠將低分子量羧酸胺鹽中的低分子量胺與高分子量胺交換來生成高分子量羧酸胺鹽的蒸餾塔；和能夠熱裂解高分子量羧酸胺鹽生成羧酸的反應蒸餾塔； 其中所述發(fā)酵罐含有選自碳酸銨和碳酸氫銨的緩沖液。
45. 如權利要求44所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或多個發(fā)酵罐包括多個 逆流發(fā)酵罐。
46. 如權利要求44所述的系統(tǒng)，還包括能夠去除用發(fā)酵罐生成的發(fā)酵液的浮渣 的去浮渣系統(tǒng)。
47. 如權利要求44所述的系統(tǒng)，還包括能夠在羧酸銨鹽與低分子量胺反應前先濃縮羧酸銨鹽的脫水系統(tǒng)。
48. 如權利要求44所述的系統(tǒng)，還包括能夠使二氧化碳與反應器中釋放的水和氨反應生成緩沖液的填料塔。
49. 如權利要求44所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)酵罐含有產(chǎn)酸微生物的混 合培養(yǎng)物。
50. 如權利要求44所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微生物適應于高鹽環(huán)境。
51.如權利要求44所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微生物是天然接種菌。
52. 如權利要求44所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微生物來自土壤或牛瘤胃。
53. 如權利要求44所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)酵罐的pH保持在約6. 5-7.5。
54. 如權利要求44所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)酵罐含有甲垸抑制劑。
55. 如權利要求54所述的方法，其特征在于，所述甲烷抑制劑是三碘甲烷、三 溴甲烷或溴代乙磺酸。
56. 如權利要求44所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述高分子量胺包括三辛胺或三 乙醇胺。
57. 如權利要求44所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述低分子量胺是叔胺。
58. 如權利要求44所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述低分子量胺是水溶性的。
59. 如權利要求44所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述低分子量胺的標準沸點高于 約100°C。
60. 如權利要求44所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述低分子量胺是三乙胺、甲基 二乙胺、二甲基乙醇胺或乙醇胺。
61. —種將生物質轉化成醇的方法，包括在一個或多個發(fā)酵罐中使生物質發(fā)酵生成含有羧酸銨鹽的發(fā)酵液； 使所述羧酸銨鹽與高分子量醇反應生成高分子量酯；和 氫化所述高分子量酯生成醇；其中所述發(fā)酵罐含有選自碳酸銨和碳酸氫銨的緩沖液。
62. 如權利要求61所述的方法，其特征在于，所述一個或多個發(fā)酵罐包括多個 逆流發(fā)酵罐。
63. 如權利要求61所述的方法，還包括將醇分離成低分子量醇和高分子量醇。
64. 如權利要求62所述的方法，其特征在于，所述高分子量醇含有至少4個碳 原子。
65. 如權利要求61所述的方法，其特征在于，所述發(fā)酵罐含有產(chǎn)酸微生物的混合培養(yǎng)物。
66. 如權利要求65所述的方法，其特征在于，所述微生物適應于高鹽環(huán)境。
67. 如權利要求65所述的方法，其特征在于，所述微生物是天然接種菌。
68. 如權利要求65所述的方法，其特征在于，所述微生物來自土壤或牛瘤胃。
69. 如權利要求61所述的方法，還包括通過使二氧化碳與在羧酸銨鹽和高分子 量醇反應期間釋放的水和氨反應來生成緩沖液。
70. 如權利要求61所述的方法，，還包括在羧酸銨鹽與高分子量醇反應前先濃縮 發(fā)酵液來濃縮羧酸銨鹽。
71. 如權利要求61所述的方法，還包括對發(fā)酵液去除浮渣。
72. 如權利要求61所述的方法，還包括使所述發(fā)酵罐的pH保持在約6. 5-7. 5。
73. 如權利要求61所述的方法，其特征在于，所述發(fā)酵罐含有甲烷抑制劑。
74. 如權利要求73所述的方法，其特征在于，所述甲垸抑制劑是三碘甲垸、三 溴甲烷或溴代乙磺酸。
75. 如權利要求61所述的方法，其特征在于，所述氫化高分子量酯來生成醇包 括使用催化劑。
76. 如權利要求75所述的方法，其特征在于，所述催化劑是拉尼鎳、鉑或鈀。
77. —種將生物質轉化成醇的系統(tǒng)，包括能夠用生物質生成含有羧酸銨鹽的發(fā)酵液的一個或多個發(fā)酵罐； 能夠使羧酸銨鹽與高分子量醇反應生成高分子量酯的反應蒸餾塔；和 能夠氫化所述高分子量酯生成醇的氫化反應器； 其中所述發(fā)酵罐含有選自碳酸銨和碳酸氫銨的緩沖液。
78. 如權利要求77所述的系統(tǒng) 逆流發(fā)酵罐。
79. 如權利要求77所述的系統(tǒng) 醇的蒸餾塔。
80. 如權利要求77所述的系統(tǒng) 濃縮羧酸銨鹽的脫水系統(tǒng)。
81. 如權利要求77所述的系統(tǒng) 水和氨反應來生成緩沖液的填料塔。
82. 如權利要求77所述的系統(tǒng) 合培養(yǎng)物。，其特征在于，所述一個或多個發(fā)酵罐包括多個 ，還包括能夠將醇分離成低分子量醇和高分子量 ，還包括能夠在羧酸銨鹽與高分子量醇反應前先 ，還包括能夠使二氧化碳與反應蒸餾塔中釋放的 ，其特征在于，所述發(fā)酵罐含有產(chǎn)酸微生物的混
83. 如權利要求77所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微生物適應于高鹽環(huán)境。
84. 如權利要求77所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微生物是天然接種菌。
85. 如權利要求77所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微生物來自土壤或牛瘤胃。
86. 如權利要求77所述的系統(tǒng)，還包括能夠去除用發(fā)酵罐生成的發(fā)酵液的浮渣 的去浮渣系統(tǒng)。
87. 如權利要求77所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)酵罐的pH保持在約6. 5-7. 5。
88. 如權利要求77所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)酵罐含有甲烷抑制劑。
89. 如權利要求88所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述甲烷抑制劑是三碘甲烷、三 溴甲垸或溴代乙磺酸。
90. 如權利要求77所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述高分子量醇含有至少4個碳 原子。
91. 如權利要求77所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氫化反應器使用催化劑。
92. 如權利要求91所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述催化劑是拉尼鎳、鉬或鈀。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的講述，提供了將生物質轉化成有用的化學物質的系統(tǒng)和方法。
具體實施方式
中，本方法包括使生物質在一個或多個發(fā)酵罐中發(fā)酵生成含有羧酸銨鹽的發(fā)酵液，所述發(fā)酵罐含有碳酸銨或碳酸氫銨的緩沖液。所述方法還包括使來自發(fā)酵罐的羧酸銨鹽與高分子量胺反應來生成羧酸胺鹽，和熱裂解所述羧酸胺鹽生成羧酸。在另一實施方式中，來自發(fā)酵罐的羧酸銨鹽與低分子量胺反應生成低分子量羧酸胺鹽，然后將低分子量羧酸胺鹽中的低分子量胺與高分子量胺交換形成高分子量羧酸胺鹽，然后熱裂解生成羧酸。又一實施方式中，來自發(fā)酵罐的羧酸銨鹽與高分子量醇反應生成高分子量酯，氫化所述高分子量酯生成醇。
文檔編號C12P7/02GK101223278SQ200680025774
公開日2008年7月16日 申請日期2006年7月12日 優(yōu)先權日2005年7月12日
發(fā)明者C·B·格蘭達, F·K·阿戈波戈布, M·T·霍爾茲阿普, R·R·戴維森, Z·傅 申請人:得克薩斯A&M大學系統(tǒng)