完整甘蔗有机溶剂生物精炼

申请号 CN201080012260.0 申请日 2010-01-15 公开(公告)号 CN102356159A 公开(公告)日 2012-02-15
申请人 丽格诺新创有限公司; 发明人 爱德华·肯德尔·派伊; 迈克尔·拉什顿; 约翰·罗斯·麦克拉克伦;
摘要 一种加工 甘蔗 以从甘蔗汁制造糖并同时从甘蔗渣制造 乙醇 和其它副产物的装置。所述装置包含从甘蔗原料分离甘蔗汁流和 纤维 性甘蔗渣的设备、精炼甘蔗汁的设备、加工纤维性甘蔗渣以便自其 回收纤维 素浆和液流的设备、 糖化 和 发酵 纤维素 浆以便自其制造发酵液的设备以及从发酵液回收乙醇流的设备。传统糖厂可用甘蔗渣 生物 精炼装置进行 翻新 改进,以便在现有的甘蔗汁提取和加工操作的同时制造乙醇和副产物。
权利要求

1.一种加工甘蔗的装置,所述装置包含:
从甘蔗原料分离甘蔗汁流和纤维性甘蔗渣的设备;
加工所述纤维性甘蔗渣以便自其回收纤维素浆和液流的设备;
糖化发酵所述纤维素浆以便自其制造发酵液的设备;和
从所述发酵液回收乙醇流的设备。
2.根据权利要求1所述的装置,其另外包含精炼所述甘蔗汁流的设备。
3.根据权利要求1所述的装置,其中所述纤维性甘蔗渣加工设备被配置用于以有机溶剂将所述纤维性甘蔗渣制浆。
4.根据权利要求3所述的装置,其另外包含从所述液流回收和再循环所述有机溶剂的设备。
5.根据权利要求3所述的装置,其另外包含从所述液流回收木质素衍生物、糠有机酸和糖浆中的一种的设备。
6.根据权利要求5所述的装置,其另外被配置用于将所述糖浆中的一部分输送至所述发酵设备。
7.根据权利要求2所述的装置,其另外被配置用于将来自所述精炼设备的输出物中的一部分输送至所述糖化和发酵设备。
8.根据权利要求1所述的装置,其另外被配置用于将所述甘蔗汁流中的一部分输送至所述糖化和发酵设备。
9.根据权利要求1所述的装置,其另外配备有对在加工所述纤维性甘蔗渣和/或从所述发酵液回收乙醇的过程中所产生的一种或多种废物流进行消化的设备。
10.一种对糖厂进行翻新改进的甘蔗渣生物精炼装置,所述甘蔗渣生物精炼装置包含:
加工来自所述糖厂的纤维性甘蔗渣原料以便自其回收纤维素浆和液流的设备;
糖化和发酵所述纤维素浆以便自其制造发酵液的设备;和
从所述发酵液回收乙醇流的设备。
11.根据权利要求10所述的甘蔗渣生物精炼装置,其中所述纤维性甘蔗渣加工设备被配置用于以有机溶剂将所述纤维性甘蔗渣制浆。
12.根据权利要求11所述的甘蔗渣生物精炼装置,其另外包含从所述液流回收和再循环所述有机溶剂的设备。
13.根据权利要求11所述的甘蔗渣生物精炼装置,其另外包含从所述液流回收木质素衍生物、糠醛、有机酸和糖浆中的一种的设备。
14.根据权利要求13所述的甘蔗渣生物精炼装置,其另外被配置用于将所述糖浆中的一部分输送至所述发酵设备。
15.根据权利要求10所述的甘蔗渣生物精炼装置,其中用于糖化和发酵设备另外被配置用于在其中接收来自所述糖厂的甘蔗汁流、糖流和糖蜜流中的一种。
16.根据权利要求10所述的装置,其另外配备有对在加工所述纤维性甘蔗渣和/或从所述发酵液回收乙醇的过程中所产生的一种或多种废物流进行厌氧消化的设备。
17.一种生物精炼甘蔗的方法,所述方法包括以下步骤:
从甘蔗原料分离甘蔗汁流和纤维性甘蔗渣;
加工所述纤维性甘蔗渣以便自其回收纤维素浆和液流;
糖化和发酵所述纤维素浆以便自其制造发酵液;和
从所述发酵液回收乙醇流。
18.根据权利要求17所述的方法,其另外包括精炼所述甘蔗汁流的步骤。
19.根据权利要求17所述的方法,其中所述纤维性甘蔗渣加工步骤包含以性有机溶剂将所述纤维性甘蔗渣制浆。
20.根据权利要求19所述的方法,其中所述有机溶剂被进一步定义为短链醇、有机酸、或其混合物。
21.根据权利要求20所述的方法,其中所述有机溶剂包含至少一种短链醇,其被进一步定义为甲醇、乙醇、丁醇、丙醇或芳香醇。
22.根据权利要求19所述的方法,其中所述有机溶剂和催化剂一起提供,所述催化剂被进一步定义为无机酸或有机酸。
23.根据权利要求19所述的方法,其另外包括回收和再循环所述有机溶剂的步骤。
24.根据权利要求17所述的方法,其另外包括从所述液流回收木质素衍生物的步骤。
25.根据权利要求17所述的方法,其另外包括从所述液流回收糠醛、有机酸和糖浆中的一种的步骤。
26.根据权利要求17所述的方法,其另外包括将所述甘蔗汁流中的一部分传递至所述糖化和发酵步骤的步骤。
27.根据权利要求18所述的方法,其另外包括将所述被精炼的甘蔗汁流中的一部分传递至所述糖化和发酵步骤的步骤。
28.一种甘蔗加工装置,其包含:
第一螺旋塞进料器,其用于接收甘蔗原料并自其分离甘蔗汁流和纤维性甘蔗渣材料,所述第一螺旋塞进料器具有在一端附近的甘蔗渣排出口,和甘蔗汁排出口;
连续逆流提取器,其具有在一端附近的用于接收从所述第一螺旋塞进料器排出的所述纤维性甘蔗渣材料的容器、用于将所述纤维性甘蔗渣材料输送至相反端附近的螺旋推运器、在相反端附近的甘蔗渣排出口、和至少一个甘蔗汁排出口;和
第二螺旋塞进料器,其用于接收从所述逆流提取器排出的所述甘蔗渣材料,所述第二螺旋塞进料器具有在一端附近的甘蔗渣排出口,和甘蔗汁排出口。
29.根据权利要求28所述的甘蔗加工装置,其中配备输送装置,以用于将所述纤维性甘蔗渣材料从所述第一螺旋塞进料器输送至所述连续逆流提取器的所述容器。
30.根据权利要求28所述的甘蔗加工装置,其中配备输送装置,以用于将所述纤维性甘蔗渣材料从所述连续逆流提取器输送至所述第二螺旋塞进料器。
31.根据权利要求28所述的甘蔗加工装置,其中所述逆流提取器包含双层壁外壳,所述外壳中容纳有从所述甘蔗渣容器端附近延伸至所述甘蔗渣排出端附近的螺旋推运器,所述双层壁外壳包含内壁和外隔离壁。
32.根据权利要求31所述的甘蔗加工装置,其中插入所述甘蔗渣容器端和所述甘蔗渣排出端之间的壁的一部分是多孔的。
33.根据权利要求31所述的甘蔗加工装置,其中所述逆流提取器配备有在所述甘蔗渣容器端附近的至少一个甘蔗汁排出口,和插入所述甘蔗渣容器端和所述甘蔗渣排出端之间的至少一个甘蔗汁排出口。

说明书全文

完整甘蔗有机溶剂生物精炼

技术领域

[0001] 本发明涉及从完整甘蔗同时制造糖流和纤维乙醇。更具体地说,本发明涉及用于生物精炼完整甘蔗以制造糖流、纤维素乙醇和其它副产物的设备、系统和方法。

背景技术

[0002] 甘蔗是C4光合植物,在热带条件下生长时每英亩植物可具有最高的生产率和产量其中之一。甘蔗已被种植了几个世纪,以用于制造蔗糖和糖蜜,糖蜜是制造朗姆酒的原料。主要的制糖方法是从新鲜收割的甘蔗提取甘蔗汁,然后通过蒸发来浓缩甘蔗汁直到糖结晶为止,糖可通过过滤而作为原糖回收。在制糖业早期,许多糖厂是由重型双滚筒(wind-powered,heavy twin roller)组成,甘蔗茎在辊隙被送入。甘蔗因此被压碎,压榨出的甘蔗汁被收集用于进一步加工。残余的压碎甘蔗固体被称作甘蔗渣,其仍然含有大量的糖,因为甘蔗渣只能被压榨到约50%固体。这表示显著损失了糖产量。在19世纪,这种产量损失是通过追加使用昂贵的逆流冲洗系统对甘蔗渣进行压碎后加工来予以避免。这些高投资成本的革新增加了糖汁产量,但需要更多的能量以用于所添加的冲洗的蒸发,这又要求引入效率更高的蒸发器(例如多效蒸发器),从而增加糖厂的投资成本和技术复杂性。最终的潮湿残余甘蔗渣被糖厂抛弃,并在外部成堆储存。大多数糖厂将甘蔗渣作为低价值的燃料燃烧,以提供用于蒸发被稀释的甘蔗汁所必需的蒸汽和能量,但是通过利用现代蒸发器和其它效率改良,现代糖厂不需要将来自收获物的甘蔗渣全部烧掉。因此,甘蔗渣被成堆储存并逐渐腐烂,从而产生负面环境后果同时对糖厂无任何经济价值。近年来,为了制造燃料乙醇,甘蔗的种植范围急剧扩大,特别是在南美,这进一步增加了甘蔗渣的积累量。

发明内容

[0003] 本发明的示例性实施方案涉及用于生物精炼甘蔗以从甘蔗汁制造糖流并同时从纤维性甘蔗渣废料制造纤维素乙醇和其它副产物的装置、系统和方法。
[0004] 本发明的一些示例性实施方案涉及在提取甘蔗汁的同时,接收和加工甘蔗渣废料的甘蔗渣生物精炼装置。将甘蔗渣废料制浆以制造纤维性材料,然后将其糖化,即水解以制造糖流。将糖流发酵以制造发酵液,然后蒸馏发酵液以回收乙醇。乙醇可被进一步精炼和加工成燃料级乙醇。甘蔗渣生物精炼装置可被包含在新型糖厂设施的设计和构建中。甘蔗渣生物精炼装置也可用于对传统的糖厂业务进行翻新改进。甘蔗渣生物精炼装置可用于减少年度制糖周期结束时的甘蔗渣料堆积累量。
[0005] 甘蔗渣废料通过有机溶剂型方法被制浆,其中甘蔗渣材料是通过将其和合适的有机溶剂在合适的被加热和加压的容器中混合来制浆。合适的有机溶剂例如有短链醇、有机酸和混合物。短链醇例如有甲醇、乙醇、丁醇和丙醇,其尤其可用于甘蔗渣的有机溶剂型制浆。通过有机溶剂型制浆从甘蔗渣制造的纤维素浆与包含废溶剂和已溶解和/或分馏的组分的黑液分离。将纤维素浆转移至酶水解设备以制造糖流。然后将糖流转移至发酵罐,用于与合适的发酵微生物一起培养以制造发酵液。视情况可以将纤维素浆转移至被配置用于在同一容器(即CSF容器)中同时糖化和发酵的设备中。发酵液在蒸馏塔中蒸馏以便分离和回收乙醇和釜馏物。釜馏物可被处理掉,或者在酶水解前用于调节纤维素浆的粘度
[0006] 可提供用于从黑液回收废溶剂的设备。废溶剂然后可通过和新鲜溶剂混合来重新装填,并被再循环以用于另外的有机溶剂型制浆。黑液可在溶剂回收之前先被脱木质素。可在脱木质素期间回收新颖的木质素衍生物,并将其用于其它工业应用。也可配备用于回收糠和加工从废溶剂分离的釜馏物以回收其它有机化合物的设备,所述化合物例如有乙酸、甲酸和可包含一种或多种己糖和戊糖的糖浆。所述装置和设备可被配置用于将一部分回收的糖浆传递至发酵设备,以便提高从甘蔗渣废料制造乙醇的产量。糖化和发酵设备也可被配置用于接收来自甘蔗汁流、糖流和糖蜜流的输入物。
[0007] 本发明的其它示例性实施方案涉及对初始被配置用于木质纤维素生物质原料的有机溶剂型加工的连续逆流垂直提取器进行改进,从而使垂直提取器适合于在其中接收甘蔗段、自甘蔗段压榨出甘蔗汁并分离甘蔗汁与甘蔗纤维(即甘蔗渣)。附图说明
[0008] 参考以下图式来描述本发明,其中:
[0009] 图1是用于生物精炼完整甘蔗以同时制造糖流和纤维素乙醇的本发明的示例性实施方案的示意性流程图
[0010] 图2是图1的实施方案的扩展示意性流程图,其显示用于从甘蔗渣的有机溶剂型加工过程回收提取物和其它副产物的额外步骤;
[0011] 图3是利用有机溶剂型生物精炼系统对运作中的糖厂进行翻新改进以便同时制造糖流和纤维素乙醇的本发明的示例性实施方案的示意性流程图;
[0012] 图4是图3的实施方案的扩展示意性流程图,其显示可添加的用于从甘蔗渣的有机溶剂型加工过程回收提取物和其它副产物的额外组件;和
[0013] 图5是示意性流程图,其显示甘蔗段和甘蔗渣的示例性螺旋压榨机配置多重顺序提取(screw-press configuration multip lesequential extraction)的配置。

具体实施方式

[0014] 本发明的示例性实施方案涉及生物精炼系统和整合式方法,其用于加工完整甘蔗以同时制造:(a)原糖流和甘蔗渣固体材料,和(b)来自甘蔗渣材料的纤维素乙醇。
[0015] 图1显示根据本发明的一实施方案的示例性完整甘蔗加工系统10,其用于同时制造未精炼的糖流和乙醇。将甘蔗段20供给甘蔗汁提取设备30以便压碎、洗涤和分离为甘蔗汁流35和甘蔗渣固体流40。甘蔗汁流35可分离为未精炼的糖流36和糖蜜流38,它们可分开收集以供进一步加工之用。甘蔗渣固体流40转移至合适的有机溶剂型加工设备50中,其中甘蔗渣固体和选定用于甘蔗渣固体的有机溶剂型加工的合适有机溶剂混合,以从甘蔗渣固体中分离纤维素浆材料51。纤维素浆材料51转移至糖化设备60中,其中纤维素浆材料进行酶水解以制造单糖流。用于将纤维素浆材料水解为半纤维素、多糖、低聚糖和单糖的合适酶制剂可包括例如内切-β-1,4-葡聚糖酶、纤维二糖水解酶(cellobiohydrolase)、β-葡糖苷酶、β-木糖苷酶、木聚糖酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶、支链淀粉酶(pullulase)、酯酶、其它半纤维素酶和纤维素酶等酶中的一种或多种。然而,在纤维素浆材料51传递至糖化设备60之前,视情况可以将纤维素材料51中的一些或全部转移至设备58,其中可通过将纤维素材料与合适液体(例如水或从蒸馏设备65回收的釜馏物68)相互混合来可控地调节纤维素材料的粘度,此后粘度经过调节的纤维素材料转移至糖化设备60以进行酶水解。单糖流然后从糖化设备60转移至发酵设备61,并与合适的发酵微生物一起培养以制造发酵液。用于发酵单糖流的合适微生物接种物可包括一种或多种选自酵母属、真菌属和细菌属的合适菌株。合适的酵母例如有酵母属(Saccharomyces spp.)和毕赤酵母属(Pichia spp.)。合适的酵母属例如有酿酒酵母(S.cerevisiae),例如Sc Y-1528、Tembec-1等菌株。合适的真菌属例如有曲霉属(Aspergillus spp.)和木霉属(Trichoderma spp.)。合适的细菌例如有大肠杆菌(Escherichia coli.)、发酵单胞菌属(Zymomonas spp.)、梭菌属(Clostridium spp.)和棒状杆菌属(Corynebacterium spp.)等,其可以是天然存在的和经遗传改良的。在本发明的范围内,提供的接种物可以包含单一菌株、或者来自单一类型的生物体的多个菌株、或者包含来自多种物种和微生物类型(即酵母、真菌和细菌)的菌株的菌株混合物。发酵液转移至蒸馏设备65以回收乙醇67和釜馏物68。回收的乙醇67可被进一步精炼和/或加工,使其适合用作燃料乙醇。关于糖化和发酵自纤维素浆材料51制造的糖流,糖化和发酵步骤可任选地在所属领域技术人员称为同步糖化和发酵设备和方法63的合适设备和系统中同时进行。视情况可以将一部分未精炼的糖流36分流至发酵设备61或者同步糖化和发酵设备53。视情况也可以将一部分糖蜜流38分流至发酵设备61或者同步糖化和发酵设备63。
[0016] 用于甘蔗渣的有机溶剂型加工的合适蒸煮/提取设备例如有逆流蒸煮器和顺流蒸煮器等。根据本发明的一示例性实施方案,甘蔗渣固体流40传递至逆流蒸煮器的一端并用螺旋式推运器(screw-type auger)输送至另一端。被加压和加热的有机溶剂通过蒸煮器与甘蔗渣输入端相反的一端的入口传递,并在蒸煮器中相对甘蔗渣的移动反向流动,从而提供溶剂与甘蔗渣固体流的湍流和混合。或者,用于接收被加热蒸煮/提取溶剂的被加压流的入口可在蒸煮/提取容器的甘蔗渣输入端附近设置,或者插入蒸煮/提取容器的两端之间。适用于甘蔗渣固体流的有机溶剂型加工的示例性有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、丙酮和其合适混合物。如果需要,有机溶剂可另外通过加入无机或有机酸而被可控地酸化。如果需要,有机溶剂的pH值可通过加入无机或有机而被可控地操纵。被加压、加热的有机溶剂和甘蔗渣固体流的混合可称为蒸煮过程(cooking process)。蒸煮/提取容器适合被可控地加压和控制温度以便可操纵压力和温度,从而在有机溶剂和原料混合的同时提供目标蒸煮条件。示例性蒸煮条件包括压力在约15-40巴(g)的范围内,温度在约120-350℃的范围内,和pH值在约0.5-5.5的范围内。在蒸煮过程中,甘蔗渣固体流中所含的木质素和含木质素的化合物被分馏和/或溶解至有机溶剂中,导致先前粘附的纤维素纤维材料彼此解离和分离。所属领域技术人员将了解,除了木质素和含木质素的聚合物发生溶解外,蒸煮过程将甘蔗渣中的单糖、低聚糖和多糖、有机酸(例如乙酸、甲酸和乙酰丙酸)和其它有机化合物(例如糠醛和5-羟甲基糠醛(5-HMF))等以溶质和颗粒形式释放至有机溶剂中。所属领域技术人员将含有从木质纤维素原料(例如甘蔗渣)提取的木质素、含木质素的化合物、单糖、低聚糖、多糖、半纤维素和其它有机化合物的此类有机溶剂称为“黑液”或“废液”。从甘蔗渣固体释放的被解离的纤维素纤维材料输送至蒸煮/提取容器的输出端,所述材料在此处经由第二螺旋进料器排出,所述螺旋进料器将纤维素纤维材料压缩为固体部分(即浆料),然后将其输送至糖化设备60或者同步糖化和发酵设备63。如图1和图2所示,黑液52作为液体部分从有机溶剂型加工设备50单独排出。废有机溶剂53可通过蒸馏而从黑液回收,然后被再装填54和再循环以用于进一步对新引入的甘蔗渣固体流进行有机溶剂型加工。在废溶剂的蒸馏回收期间制造的釜馏物可随废物流55排出。视情况可以在蒸馏期间从废有机溶剂回收糠醛78。视情况可以用脱木质素设备72加工黑液,以便在用溶剂回收法53回收废溶剂之前回收新颖的木质素衍生物。
[0017] 如图2所示,在黑液加工期间所制造的釜馏物废物流80中的一些或全部可分流至用于自其回收提取物的合适设备84,所述提取物在有机溶剂型加工50期间与甘蔗渣固体40分离。或者,回收的釜馏物可作为废物流82丢弃。从釜馏物回收的提取物可包括乙酸
86、糖浆88、甲酸和乙酰丙酸(未图示)。视情况可以将回收的糖浆88中的一些或全部输送至同步糖化和发酵设备58或者发酵设备57,以提高自甘蔗渣固体流制造乙醇的产量。
[0018] 本发明的另一个示例性实施方案涉及有机溶剂型生物精炼系统和方法,其被配置用于对主要设计用于提取甘蔗汁以制造糖和糖蜜的甘蔗加工厂进行翻新改进,从而加工甘蔗渣以制造乙醇。用有机溶剂型系统对甘蔗加工厂进行翻新改进将允许加工被储存的甘蔗渣料堆,从而制造乙醇且任选地回收衍生自甘蔗渣的副产物,例如木质素衍生物、糠醛、有机酸、糖浆和其它有机化合物。优点在于甘蔗渣已经积累在中央位置,且一旦糖厂的能量和蒸汽需求通过燃烧甘蔗渣而得到满足后,甘蔗渣仅具有很小的替代价值。因此,这表示本文公开的装置、系统和方法存在重大机会,其可被调整规模从而匹配现有糖厂的年产出能力。取决于甘蔗园的地理位置,大多数甘蔗收割只持续6个月的时间。用有机溶剂型生物精炼系统对现有糖厂进行翻新改进可实现对甘蔗收割期的制糖过程中制造的甘蔗渣的至少一部分进行同时有机溶剂型加工,及在糖厂每年的制糖工作已经完成后持续加工堆积的过量甘蔗渣。因此,自一个6个月收割期获得的甘蔗渣可被积累起来并历经12个月的时期来使用。这并不是问题,因为甘蔗渣在收割季节之间的6个月时间内容易储存(且通常如此操作)。但这暗示了生物精炼需要在相对较小的规模下在经济上具有吸引力,因为其必需依赖于只有6个月长的甘蔗渣制造期而生存下来。因此,在本发明的范围内,可以调整有机溶剂型生物精炼系统和设备,以实现对从每年甘蔗收割物的加工而产生的甘蔗渣进行全年加工,从而制造糖。因此,本发明的示例性实施方案非常适合于利用来自传统的产蔗糖国家和地区的甘蔗渣。这些国家可以沿袭他们目前的惯例,仍将主要产物出售给蔗糖市场,同时利用过量的甘蔗渣为其操作产生附加值。此种系统相比现有操作有很多的优势。其通过消除甘蔗渣洗涤器的需求而得到简化,并提高了整个糖厂的运作效率,同时降低了蒸发的能量需求。在一简单的糖厂运作中,回收浓缩的糖汁,并用改进和/或修改的有机溶剂型技术加工所获得的甘蔗渣,以制造纤维素乙醇和/或其它发酵产物、木质素和所述过程的其它副产物。糖汁中的糖产量将低于常规糖厂加工,但“损失”的糖的价值会在增多的乙醇产物或衍生物中回收(如上所述)。此外,从所述操作回收的糖汁的浓度比从传统糖厂操作获得的糖汁要高,因为其无需用冲洗水来稀释。这会导致蒸发成本降低(即蒸汽需求减小)、蒸发器变小和糖厂的需水量减小。这又会降低对作为燃料的甘蔗渣的需求,因此更多的甘蔗渣可用作模化生物精炼法的原料,其中假设传统糖厂和模块化生物精炼法并行运作。
[0019] 图4是用根据本发明的另一个实施方案的有机溶剂型生物精炼装置A(阴影线区域内部)翻新改进的示例性传统糖厂100的流程图,所述精炼装置用于接收和生物精炼甘蔗渣废料以制造乙醇。在正常操作中,糖厂100加工甘蔗段以制造糖流102、糖蜜流104和甘蔗渣固体废物流106,所述甘蔗渣固体废物流106储存在甘蔗渣料堆108中。用有机溶剂型生物精炼装置A对糖厂100进行翻新改进,所述生物精炼装置包含有机溶剂型设备110,例如蒸煮器,其用于接收甘蔗渣和有机溶剂并将它们混合,从而制造纤维素浆120和黑液112。有机溶剂型生物精炼装置A还包含设备114,例如用于从黑液回收废溶剂的蒸馏塔和用于再装填被回收的溶剂以便其可再循环至有机溶剂型设备110以与新鲜输入的甘蔗渣进一步混合的设备。纤维素浆120转移至糖化罐125进行酶水解,以制造单糖流。纤维素浆
120中的一部分或全部可转移至设备129,其中纤维素浆的粘度被调节至目标水平。粘度被调节的浆料然后转移至糖化罐125进行酶水解。单糖流转移至发酵容器127,其中单糖流和发酵微生物一起培养并被转化为发酵液。发酵液转移至蒸馏设备130(例如蒸馏塔)以便回收乙醇134和釜馏物136。乙醇134可被进一步加工和精炼,以使其适合用作燃料乙醇。
釜馏物136可再循环至粘度调节设备129,以在纤维素浆120传递至糖化罐125之前调节其粘度。纤维素浆120和粘度被调节的浆液视情况可以转移至被配置用于同时进行糖化和发酵的CSF罐128,以制造发酵液,发酵液转移至蒸馏设备130。可以考虑将有机溶剂型生物精炼装置A视为一个模块,其用于对当前运作的糖厂进行翻新改进,从而实现从甘蔗加工期间制造的甘蔗渣废料现场制造乙醇。
[0020] 在糖厂已经用从甘蔗渣制造乙醇的有机溶剂型生物精炼装置升级之后,可在以后的日子用额外装置(如图4的阴影线区域B中所示)对已升级的糖厂进行翻新改进,以便可进一步加工黑液,从而自其回收已溶解的副产物和颗粒状副产物,所述副产物在甘蔗渣固体废料和有机溶剂混合期间从废料分馏和/或溶解出来。如图4所示,可安装黑液加工设备,用于在蒸馏设备114中回收废有机溶剂之前沉淀已溶解的木质素衍生物140。可安装合适的设备145,用于在回收废有机溶剂的过程中从蒸馏设备114捕获和回收糠醛。可安装合适的设备150,用于在回收废有机溶剂的过程中收集由蒸馏设备114制造的釜馏物。可安装合适的釜馏物加工设备160,用于加工釜馏物以回收有机酸(例如乙酸162等)和糖浆和其它有机副产物。可另外配置用于加工黑液的装置,以便将从溶剂回收设备114排出的釜馏物中的一些或全部输送通过釜馏物加工设备160,且可配备可控的装置和仪器,用于将釜馏物中的一些或全部分流至废物流处理系统155,以便排放到已升级的糖厂外部。消化设备170可与用于接收来自釜馏物加工设备160的输出废物的废物流处理系统166互连,以接收和加工在自釜馏物回收有机酸和糖浆期间产生的废料中的至少一部分,从而产生可收集的生物气172、水174和矿物固体176。在本发明的范围内,可以根据需要或随意地安装和使用所述额外装置的选定组件,以从甘蔗渣废料获取更多的商业价值。或者,组成所述额外装置B的全部组件可一次性安装,即作为模块安装,以对先前已经用被配置用于从甘蔗渣废料制造乙醇的有机溶剂型加工装置升级的糖厂进行进一步升级。或者,传统糖厂可用包含以下设备的系统翻新改进:被配置用于从甘蔗渣制造乙醇的有机溶剂型生物精炼设备,和用于加工在甘蔗渣的有机溶剂型生物精炼期间产生的黑液,以回收木质素衍生物、糠醛、有机酸、糖浆、有机酚系化合物、生物气和矿物固体中的一种或多种的设备。
[0021] 本发明的其它示例性实施方案涉及对初始被配置用于木质纤维素生物质原料的有机溶剂型加工的连续逆流垂直提取器进行改进,从而使垂直提取器适合于在其中接收甘蔗段、自甘蔗段压榨出甘蔗汁并分离甘蔗汁与甘蔗纤维(即甘蔗渣)。合适的示例性连续逆流提取器系统包括螺旋塞进料器(plug-screw feeder),其被配置用于接收位于提取器(其被配置用于接收位于提取器顶部附近的供水)底部附近的生物质,并将生物质向上输送至提取器的顶部附近,生物质通过合适的输送装置(例如所配置的第二螺旋塞进料器)排出。提取器至少配备有外隔离壁和与螺旋塞进料器相邻的多孔内壁。例如甘蔗段等生物质可直接传递至提取器底部。或者,甘蔗段可从储存容器/罐输送至提取器底部,所述提取器具有单独的螺旋塞进料器,其被配置用于在甘蔗生物质输送至在垂直提取器底部附近配置的容器的过程中起始甘蔗汁的提取。螺旋塞进料器迫使相对潮湿的材料(例如甘蔗生物质)进入高密度料塞,从而从生物质中压榨出液体。压榨出的液体通过螺旋进料器内壁中的筛网被挤出。所属领域技术人员将理解,配备有示例性连续逆流垂直提取器并与之协作的多个螺旋塞进料器可以与现有技术糖厂中所用的轧制机(roller mill)类似的方式,用于压碎甘蔗生物质和挤出甘蔗汁。所属领域技术人员还将理解,视情况可以按水平取向或者成度取向(其中残余甘蔗渣材料出口端高于生物质接收端)来配置示例性连续逆流垂直提取器。
[0022] 图5显示根据本发明的一实施方案的一示例性甘蔗加工设备设计。甘蔗段D传递至第一螺旋塞进料器/提取器220,在其中,随着甘蔗段在输送至第一螺旋塞进料器/提取器220的出口端期间被压碎和捏合,压榨出甘蔗汁并从出口230收集。从第一螺旋塞进料器/提取器220输出的甘蔗渣通过螺旋推运器235转移至位于垂直提取器240底部附近的输入口。随着甘蔗渣输送至垂直提取器240顶部,通过机械捏合和压碎从甘蔗渣提取额外的甘蔗汁。甘蔗汁通过出口250和260从垂直提取器240的外隔离壁的底部区域排出。适合配备多个出口,用于从垂直提取器240排出和收集甘蔗汁。可在垂直提取器240的顶部附近配备一个或多个水入口245,以在甘蔗渣输送至提取器顶部时,便利于甘蔗渣的冲洗和额外甘蔗汁的提取。甘蔗渣通过螺旋推运器270转移至第二螺旋塞进料器/提取器275,其用于从甘蔗渣另外提取甘蔗汁。甘蔗汁通过出口280收集。从第二螺旋塞进料器/提取器275输出的经过三次挤压的甘蔗渣通过合适的输送系统290转移以用于进一步加工(例如通过有机溶剂型生物精炼E),或转移至甘蔗渣储料堆。
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