用于第一代和第二代乙醇的整合生产的系统和方法以及用于所述生产的整合点的使用.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104321435 A (43)申请公布日 2015.01.28 C N 1 0 4 3 2 1 4 3 5 A (21)申请号 201380024785.X (22)申请日 2013.03.27 10201200729908 2012.03.30 BR 1020120328070 2012.12.20 BR C12P 7/06(2006.01) C12P 7/10(2006.01) C08B 1/00(2006.01) C12M 1/00(2006.01) (71)申请人 CTC-蔗糖技术中心不记名股份公司 地址巴西圣保罗 (72)发明人 J.R.M.平托 O.G.。

2、内托 J.C.特奥多罗 D.R.德利马 L.P.安德雷德 J.A.T.R.托梅 C.M.A.高尔瓦奥 (74)专利代理机构北京市柳沈律师事务所 11105 代理人刘蕾 (54) 发明名称 用于第一代和第二代乙醇的整合生产的系统 和方法以及用于所述生产的整合点的使用 (57) 摘要 本发明涉及一种与生产乙醇的常规方法(第 一代(1G)乙醇)整合的从木质纤维素生物质(尤 其是甘蔗渣和甘蔗秆，尽管不限于此)生产乙醇 及类似产品的系统和方法(第二代(2G)乙醇)， 所述生产乙醇的常规方法诸如，例如，使用甘蔗汁 和/或糖蜜(一种典型的巴西方法，在糖和乙醇工 厂中或独立的酿酒厂中)、玉米、谷物、小麦、甜高。

3、 梁、白甜菜等)，所述系统和方法包括物流和排出 物的再利用。更具体而言，本发明涉及一种生产乙 醇和类似产品的整合方法，该方法总体上在原料、 蒸汽、电能和处理水的使用方面具有提高的功效。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.11.11 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/BR2013/000094 2013.03.27 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/142934 PT 2013.10.03 (51)Int.Cl. 权利要求书3页 说明书16页 附图6页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书16页。

4、 附图6页 (10)申请公布号 CN 104321435 A CN 104321435 A 1/3页 2 1.一种用于第一代和第二代乙醇的整合生产的系统，其特征在于包括以下整合点： i)使用源于精馏塔(B和/或B1)的二次冷凝液物流(3)作为在容器(RF)中产生蒸汽 的热水源； ii)使用来自精馏塔(B和/或B1)的二次冷凝液物流(3)作为(S1)和(S2)中的分离 和回收系统的热水源； iii)使用来自精馏塔(B和/或B1)的二次冷凝液物流(3)作为在酶水解步骤中控制 固含量的热水源； iv)使用来自精馏塔(B和/或B1)的二次冷凝液物流(3)作为直接或间接加热酶水解 反应器(RH)的热水源。

5、； v)使用来自精馏塔(B和/或B1)的二次冷凝液物流(3)作为在生物质进入工艺的入 口处清洁该生物质的热水源； vi)使用来自精馏塔(B和/或B1)顶部的蒸汽相的酒精物流(4)作为生物质水解反应 器的加热源； vii)使用酒糟(釜馏物)物流(5)作为生物质水解反应器(RH)的直接或间接加热源； viii)使用酒糟(釜馏物)物流(5)作为控制酶水解反应中的pH水平的缓冲溶液源； ix)使用在生物质预处理之后产生的“闪蒸”蒸汽物流(6)中所含的能量在容器(RF) 中产生蒸汽； x)使用在蒸汽容器(RF)中产生的蒸汽物流(7)提供操作汽提塔A和脱气塔A1以及精 馏塔(B和/或B1)或其等同设备的能。

6、量； xi)使用在蒸汽容器(RF)中产生的源于物流(7)的蒸汽物流(11)作为生物质水解反 应器的直接或间接加热源； xii)使用在蒸汽容器(RF)中产生的蒸汽物流(7)作为塔A、A1、B和B1底部的直接加 热源，即，喷涌(物流8)； xiii)当通过间接交换回收能量时，将蒸汽物流(7)的全部或部分冷凝物的回流用于 蒸汽容器RF； xiv)使用处理水物流(9)在RF容器中产生蒸汽；和 xv)使用在容器(RF)中产生的蒸汽物流(10)提供预热反应器(RPT)或其等同设备的 进料物流的能量； 以及它们的组合。 2.如权利要求1所述的系统，其特征在于还包括以下元件： i)至少一个连接容器(TF)出口。

7、和蒸汽容器(RF)入口的装置； ii)至少一个连接精馏塔(B和/或B1)出口和蒸汽容器(RF)的装置； iii)至少一个连接精馏塔(B和/或B1)出口和(S1)和(S2)中的分离和回收系统的 装置； iv)至少一个连接精馏塔(B和/或B1)出口与水解反应器(RH)和/或生物质清洁系 统(TL)的装置； v)至少一个利用工厂中可用的处理水在容器(RF)中产生蒸汽的装置； vi)至少一个连接蒸汽容器(RF)出口与汽提塔A和脱气塔A1以及精馏塔(B和/或 B1)或其等同设备的装置； 权 利 要 求 书CN 104321435 A 2/3页 3 vii)至少一个连接蒸汽容器(RF)出口与反应器(RPT。

8、)或其等同设备的装置； viii)至少一个连接蒸汽容器(RF)出口与水解反应器的装置； ix)至少一个在通过间接交换回收能量时将蒸汽物流(7)的冷凝物返回到蒸汽容器RF 的装置；和 x)至少一个采用来自精馏塔(B和/或B1)的蒸汽相的酒精物流(4)作为加热生物质 水解反应器的加热源的装置； 以及它们的组合。 3.如权利要求2所述的系统，其特征在于所述装置包括壳管式和/或板式热交换器。 4.如权利要求2所述的系统，其特征在于在容器RF中使用仪表和控制。 5.如权利要求4所述的系统，其特征在于所述仪表选自压力控制器、液面控制器、流速 控制器和温度控制器。 6.一种用于第一代和第二代乙醇的整合生产的。

9、方法，其特征在于包括以下步骤： i)预处理生物质； ii)将经预处理的生物质酶水解； iii)将包含可发酵糖的溶液与残余的富木质素纤维(纤维木质素)分离； iv)将在步骤iii)中得到的溶液与甘蔗汁和/或糖蜜的糖共同发酵； v)分离经发酵的酒；和 vi)将步骤v)中产生的乙醇蒸馏/脱水。 7.如权利要求5所述的方法，其特征在于： i)生物质的预处理使用蒸汽进行，其中在该操作中采用的部分能量通过热回收系统被 再利用； ii)预处理中产生的糖的分离使用一部分来自精馏塔(B和/或B1)和/或发酵器清洁 的二次冷凝液物流(3)进行； iii)经预处理的生物质的酶水解使用作为加热源的二次冷凝液物流(3)。

10、、来自酒精精 馏塔和/或来自酒糟(釜馏物)物流(5)的含水酒精蒸汽物流(4)进行； iv)包含所需糖的溶液与残余的富木质素纤维(纤维木质素)的分离使用一部分来自 精馏塔(B和/或B1)和/或发酵器的清洁的二次冷凝液物流(3)进行； v)发酵使用一部分存储在热回收系统中用于清洁、灭菌、冷却或这些操作的组合的物 流(在容器(RF)中产生的蒸汽物流(7)和/或二次冷凝液物流(3)进行； vi)经发酵的酒的分离使用一部分存储在热回收系统中用于清洁、灭菌、冷却或这些操 作的组合的物流(在容器(RF)中产生的蒸汽物流(7)和/或二次冷凝液物流(3)进行； vii)乙醇的蒸馏/脱水使用一部分存储在热回收系统。

11、中的物流(优选在容器(RF)中 产生的蒸汽物流(7)进行。 8.如权利要求6所述的方法，其特征在于任选包括在预处理步骤i)之前清洁生物质的 步骤。 9.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述清洁使用一部分来自精馏塔(B和/或 B1)和/或发酵器的清洁的二次冷凝液物流(3)进行。 10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤v)中，糖蜜用经水解的甘蔗汁稀释， 直到其达到介于10Brix50Brix之间的浓度。 权 利 要 求 书CN 104321435 A 3/3页 4 11.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述热回收系统包括热交换器、分离容器、 控制系统以及其连续稳定操作所需的其它附件。。

12、 12.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述步骤i)还可使用化学或生物催化剂发 生。 13.整合点用于第一代和第二代乙醇的整合生产的应用，其特征在于所述整合点如权 利要求1中所定义。 权 利 要 求 书CN 104321435 A 1/16页 5 用于第一代和第二代乙醇的整合生产的系统和方法以及用 于所述生产的整合点的使用 0001 相关专利申请的交叉引用 0002 本发明要求于2012年3月30日提交的专利申请号BR 10 2012 0072990 8的内 部优先权。 发明领域 0003 本发明涉及一种用于第一代和第二代乙醇的整合生产的系统和方法，其包括排出 物物流的回收和使能量有效用于从。

13、甘蔗汁和/或糖蜜(molasses)、谷物、小麦、甜高梁、淀 粉质(含淀粉)原料、白甜菜(white beetroot)等得到的第一代(1G)乙醇和从诸如甘蔗 渣秆(但不限于此)的木质纤维素生物质和/或从类似产品得到的第二代(2G)乙醇的联 合生产(joint production)。更具体而言，本发明公开的方法构成了乙醇及类似产品的整 合生产方法，其允许在原料、蒸汽、电能和处理水的使用方面具有提高的功效水平。 背景技术 0004 年复一年，生物质用于乙醇生产的巨大潜力已通过多种技术结构和根据以下非常 多种生物质类型的使用在全世界范围内得到证实：即，C4植物属于黑麦草(Lolium)属、 大米。

14、草属(Spartina)属、黍(Panicum)黍、芒(Miscanthus)黍及其组合；甘蔗渣(来自磨 碎机和/或扩散器)、甘蔗秆(来自人工或机械化甘蔗收获工艺)；诸如小麦、水稻、黑麦、大 麦、燕麦、玉米及类似物质(例如狼尾草(Napier grass)-“柳枝稷(switchgrass)”)的谷 物秸秆；木材；香蕉树的茎和杆、仙人掌、纸板、木屑、报纸；农工业或市政废物以及它们的 组合。 0005 在巴西，甘蔗产业可追溯到国家的殖民化时期(1532)，这是最初的种植被引入该 地区的年份。然而，在迄今超过500年的时间，巴西仅利用了可得自用于制造糖和酒精的甘 蔗(汁)的能量的三分之一。因此，可。

15、考虑提高生物能源链的生产能力和降低成本，这不仅 可通过现在使用的技术的逐步发展，而且可通过新技术的出现，诸如第二代乙醇的生产，这 将允许大规模利用剩余的三分之二植物(所述生物质包括甘蔗渣和秆)。 0006 这些材料(甘蔗渣和秆)代表在我们国家中最适合用于从木质纤维素源生产乙醇 的生物质，不仅因为其包括4050的纤维素，还因为那些在糖和1G乙醇生产中作为衍 生物产生的大量副产品。在这种情况下，开发生产2G乙醇的方法看起来构成了最可行的选 择，该方法主要考虑了与1G乙醇的生产的热和基建整合。 0007 因此，考虑到生物质(也就是说，从甘蔗汁提取得到的糖和已产生的残余物(纤 维)中存在的糖)的整体利。

16、用，本发明涉及一种使得能够设立附设于常规的第一代乙醇 工厂(无论其所处理的原料如何)的用于第二代乙醇生产的工厂(技术)。这一策略允 许通过以下方式增强遍布于全世界的糖和酒精生产工厂还有自治酿酒厂(autonomous distilleries)的生产能力：通过工艺整合的概念，在运行中的工厂中回收目前可用的物 流和/或排出物，保持先前存在的能量的自足性。这一概念主要意图优化能量的使用和减 说 明 书CN 104321435 A 2/16页 6 少工业过程引发的环境影响。因此，本发明的目标之一在于提供一种1G/2G乙醇的联合(整 合)生产的方法，包括回收在1G工艺中产生的物流和排出物，以供应运行2。

17、G工厂所需的大 部分能量。 0008 在巴西，生产第二代(2G)乙醇的技术仍然在经历成熟期，迄今尚未有已建成并具 有相关工业规模生产能力的工厂。这一情况暗示了实施本发明中所述目标的极好机会，这 是因为同一情况也能提供与能量和排出物回收相关的巨大增益。 0009 下文中引用的文件构成了与能量利用方案和工艺流体再利用相关的现有技术的 参考文献，然而这些文献中没有任何一篇揭示或建议了本发明中公开的主题。 0010 题为“Modelagem e energtica do processo de de etanol a partir de biomassa de ”Modeling and energy。

18、 integration of the process of生产of ethanol from甘蔗biomass(Bereche,R.P.,presented at the School of Mechanical Engineering of the UNICAMP universityUniversity of Campinas,State of Paulo,Brazilin July 21,2011)的博士学位论文除了可能的用 于纤维素衍生乙醇(2G)生产的技术之外还公开了在甘蔗和酒精(1G)加工工厂(1G)中现 存独立操作的理论分析。在所讨论的论文中，作者引证了提高1G和2G技术之间能。

19、量整合 的可能性，然而将其实用范围限制在甘蔗渣用于生产2G-乙醇的应用和甘蔗汁蒸发系统中 作为上面提到的工艺的能量整合的替代方案。除了阐述在工业环境中优化工艺用水消耗 和排出物再利用的实践和可行方案以提供重要的环境利益之外，本专利申请中公开的用于 1G/2G乙醇的联合(整合)生产的方法与所提及的博士论文的区别还在于公开了源于甘蔗 或其它农作物(木质纤维素材料)的收获的所有残余物可作为构成获得2G乙醇的原料源。 因此，所考虑的论文不曾揭示本文件中公开的技术状态。 0011 题为“ das Principais Tecnologias de de Etanol Atravs do Processa。

20、mento da Celulose(2 a )nas atuais usinas de (1 a )”Integration of the Main Technologies for Obtainment of Ethanol By Means of Processing of Cellulose(2 nd Generation)in current甘蔗processing plants(1 st Generation)(Bernardo Neto,O.,presented at the Polytechnics School of the University of Paulo in Mar。

21、ch 25,2009)的硕士论文 公开了关于不同的第二代技术的文献综述，并提出剩余生物质的气化方法构成提高甘蔗加 工工厂能量效率的最佳替代方案。因此，所提到的学位论文与本申请的区别在于并未揭示 或建议使用工艺流体和排出物来优化用于1G+2G乙醇生产的方法的能量整合。 0012 题为“Production of bioethanol and other bio-based materials from甘 蔗bagasse:Integration to conventional bioethanol production process”(Dias et al.,化学Engineering Res。

22、earch和Design,2009,87:1206-1216)的论文公开了通过双效 蒸馏(double effect distillation)在酿酒厂中进行热整合的研究，其与用于甘蔗渣的酸 水解的ORGANOSOLV技术相关。该工作区别于本申请，其既未揭示也未建议本发明，特别是 仅被限制于在酿酒厂中进行热优化以提高来自第一代工艺的剩余甘蔗渣的量。此外，所述 论文也没有考虑到如本申请所要求的排出物的再利用和用于乙醇生产的第一代和第二代 方法之间的热整合。 说 明 书CN 104321435 A 3/16页 7 0013 题为“Improving bioethanol production fr。

23、om sugarcane:evaluation of distillation,thermal integration和cogeneration系统s”(Dias et al.,Energy,2011,36(6):3691-3703)的论文公开了通过使用特定的蒸馏工艺热整合与应 用使用BIGCC(“Biomass Integrated Gasication Combined Cycle”(生物质整合气化组 合周期)技术的组合对甘蔗工厂(第一代)进行能量优化的研究。该文件既未揭示也未 建议如本文所提出的用于第一代和第二代乙醇的生产的能量整合的系统和方法)，因为其 并未考虑用于纤维素乙醇生产的方法。

24、构成生物质利用的替代方案，且其也未设想任何排出 物再利用的技术方案。 0014 在专利申请号BRPI 0708266-5A2中，描述了一种通过使用多效技术进行能量 优化的通过蒸馏生产酒精的系统和方法。在该方法中，蒸馏塔的进料被分为两个物流并被 进给到两组塔中，其一为高压塔，且另一组为低压塔，它们与使用源于一个塔的塔顶的热能 的再沸器共同为另一个供热。该方法证实了当系统被充分构造时，可回收精馏塔B顶部的 可用热，然而其并未说明任何除酿酒厂之外的应用。本发明与该引用申请的区别在于公开 了酿酒厂中的可用物流例如在相关的第二代乙醇生产工厂中的利用，应用了工艺整合的概 念。 0015 在专利申请号BRP。

25、I 0503931-2A中，描述了一种通过带有能量优化的“变压吸 附”方法生产无水酒精的设置和方法。在该方法中，终产品(无水酒精)中所含的一部分热 通过热整合和无水酒精蒸汽的机械压缩的方式回收，证实了当该方法以良好结构化方式构 造时，用酒精蒸汽回收物流中的可用热是可行的。申请号BRPI 0503931-2A与本发明的 区别实际上在于其讨论了特定方式的热回收技术应用于优化含水酒精脱水技术自身中的 蒸汽消耗，但没有讨论与其它技术的热整合，特别是与用于第二代乙醇生产的技术。 0016 在专利申请号US 2012/0041186A1中，描述了一种通过蒸汽爆炸处理对半纤维素 进行连续预提取的方法和系统。。

26、在所述文件中，“闪蒸(flash)”物流具有用于热回收系统 的巨大能量潜力，尽管所引用的文件并未提到这样的应用。本发明与所提及的文件区别在 于在整合方法的概念上使用了来自相关技术/工厂或同一方法的其它部分的可用和适合 的物流。 0017 在国际公开号WO 2012/021950中，描述了一种用于得到具有高糖含量的水解产 品最终物流的方法。当温度保持在50左右时，水解反应系统实现了其最佳效率水平。水 解系统的这一特征使得必须需要热原以便将系统维持在特定温度。然而，所引用的文件并 未建议任何具体策略、设置、系统和构造以得到在水解系统中加热和维持最佳温度的必要 能量。本发明与所述文件的区别在于其利用。

27、了在常规乙醇生产(无论在该方法中使用的原 料如何)中产生的物流/排出物来供应加热水解反应器和/或2G-乙醇工厂的其它设备单 元所需的能量。 0018 在专利申请号BRPI 1101295-1(其申请人为Centro de Tecnologia Canavieira(CTC)中，描述了使用酒糟(釜馏物)(粗品、过滤品、浓缩品等)和/或来自发 酵酒蒸馏工艺的任何残余物作为木质纤维素生物质的酶水解工艺中的替代缓冲剂。这种和 在与本发明相结合的常规1G-乙醇工厂中可用的其它排出物的再利用增强了可从本说明 书中所述整合方法中得到的利益。 0019 在Centro de Tecnologia Canavi。

28、eira(CTC)提交的专利申请号BRPI0904538-4 说 明 书CN 104321435 A 4/16页 8 中，公开了一种优化用于生产糖、乙醇和类似产品的植物生物质的处理的方法，所述优化通 过采用与现在采用和已公知的技术相比将工业单元的总能量需求最小化的工艺构造进行。 所述文件证实了与本发明的互补特征，尽管其不曾揭示本文所要求的目标。 0020 基于从已被研究的文献得到的内容，尚未知存在任何可能揭示或建议本发明技术 的文件，因此本文所提出的技术方案是新颖的，并且证实了相对于现有技术的创造性步骤。 发明内容 0021 在一个方面，本发明提供了一种用于第一代和第二代乙醇的整合生产的系统，。

29、其 包括以下整合点： 0022 i)使用来自精馏塔(B和/或B1)的二次冷凝液(flegmass)物流(3)作为在容器 (RF)中产生蒸汽的热水源； 0023 ii)使用来自精馏塔(B和/或B1)的二次冷凝液物流(3)作为(S1)和(S2)中的 分离和回收系统的热水源； 0024 iii)使用来自精馏塔(B和/或B1)的二次冷凝液物流(3)作为在酶水解步骤中 控制固含量的热水源； 0025 iv)使用来自精馏塔(B和/或B1)的二次冷凝液物流(3)作为直接或间接加热酶 水解反应器(RH)的热水源； 0026 v)使用来自精馏塔(B和/或B1)的二次冷凝液物流(3)作为在生物质进入工艺 的入口处。

30、清洁该生物质的热水源； 0027 vi)使用来自精馏塔(B和/或B1)顶部的蒸汽相的酒精物流(4)作为生物质水解 反应器的加热源； 0028 vii)使用酒糟(釜馏物)物流(5)作为生物质水解反应器(RH)的直接或间接加 热源； 0029 viii)使用酒糟(釜馏物)物流(5)作为控制酶水解反应中pH水平的缓冲溶液 源； 0030 ix)使用在生物质预处理之后产生的“闪蒸”蒸汽物流(6)中所含的能量来在容器 (RF)中产生蒸汽； 0031 x)使用在蒸汽容器(RF)中产生的蒸汽物流(7)提供运行汽提塔A和脱气塔A1以 及精馏塔(B和/或B1)或其等同设备的能量； 0032 xi)使用在蒸汽容器。

31、(RF)中生成的源于物流(7)的蒸汽物流(11)作为生物质水 解反应器的直接或间接加热源； 0033 xii)使用在蒸汽容器(RF)中产生的蒸汽物流(7)作为塔A、A1、B和B1底部处的 直接加热源，即，喷涌(物流8)； 0034 xiii)当通过间接交换回收能量时，将蒸汽物流(7)的全部或部分冷凝物的回流 用于蒸汽容器RF； 0035 xiv)使用处理水物流(9)在RF容器中产生蒸汽；和 0036 xv)使用在容器(RF)中产生的蒸汽物流(10)提供预热反应器(RPT)或其等同设 备的进料物流的能量； 0037 以及它们的组合。 说 明 书CN 104321435 A 5/16页 9 003。

32、8 在一个实施方式中，所述系统还包括以下元件： 0039 i)至少一个连接容器(TF)出口和蒸汽容器(RF)入口的装置； 0040 ii)至少一个连接精馏塔(B和/或B1)出口和蒸汽容器(RF)的装置； 0041 iii)至少一个连接精馏塔(B和/或B1)出口和(S1)和(S2)中的分离和回收系 统的装置； 0042 iv)至少一个连接精馏塔(B和/或B1)出口和水解反应器(RH)和/或与生物质 清洁系统(TL)的装置； 0043 v)至少一个利用工厂中可用的处理水在容器(RF)中产生蒸汽的装置； 0044 vi)至少一个连接蒸汽容器(RF)出口与汽提塔A和脱气塔A1和精馏塔(B和/或 B1)。

33、或其等同设备的装置； 0045 vii)至少一个连接蒸汽容器(RF)出口和反应器(RPT)或其等同设备的装置； 0046 viii)至少一个连接蒸汽容器(RF)出口和水解反应器的装置； 0047 ix)至少一个在通过间接交换回收能量时将蒸汽物流(7)的冷凝物返回到蒸汽容 器RF的装置；和 0048 x)至少一个采用来自精馏塔(B和/或B1)的蒸汽相的酒精物流(4)作为加热生 物质水解反应器的加热源的装置， 0049 以及它们的组合。 0050 在一个实施方式中，所述装置是壳管式和/或板式热交换器，且所述系统使用在 容器RF中的仪表和控制，其还可包含压力控制装置、页面控制装置、流量控制装置和温度。

34、 控制装置。 0051 在一个其它方面，本发明提供了一种用于第一代和第二代乙醇的整合生产的方 法，其包括以下步骤： 0052 i)预处理生物质； 0053 ii)将经预处理的生物质进行酶水解； 0054 iii)将包含可发酵糖的溶液与残余的富木质素纤维(纤维木质素)分离； 0055 iv)将步骤iii)中得到的溶液与甘蔗汁和/或糖蜜的糖共同发酵； 0056 v)分离经发酵的酒；和 0057 vi)将步骤v)中产生的乙醇蒸馏/脱水。 0058 在一个实施方式中，在所述方法中， 0059 i)生物质的预处理使用蒸汽进行，其中在该操作中使用的一部分能量通过热回收 系统再利用； 0060 ii)预处理。

35、中产生的糖的分离通过使用一部分来自精馏塔(B和/或B1)和/或发 酵器的清洁的二次冷凝液物流(3)进行； 0061 iii)经预处理的生物质的酶水解使用作为加热源的二次冷凝液物流(3)、来自酒 精精馏塔和/或来自酒糟(釜馏物)物流(5)的含水酒精蒸汽物流(4)进行； 0062 iv)含有所需糖的溶液与残余的富木质素纤维(纤维木质素)的分离使用一部分 来自精馏塔(B和/或B1)和/或发酵器的清洁的二次冷凝液物流(3)进行； 0063 v)发酵使用一部分存储在热回收系统中用于清洁、灭菌、冷却或这些操作的组合 的物流(在容器(RF)中产生的蒸汽物流(7)和/或二次冷凝液物流(3)进行； 说 明 书C。

36、N 104321435 A 6/16页 10 0064 vi)经发酵的酒的分离使用一部分存储在热回收系统中用于清洁、灭菌、冷却或这 些操作的组合的物流(在容器(RF)中产生的蒸汽物流(7)和/或二次冷凝液物流(3)进 行； 0065 vii)乙醇的蒸馏/脱水使用一部分存储在热回收系统中的物流进行，优选在容器 (RF)中产生的蒸汽物流(7)。 0066 在一个其它实施方式中，所述方法任选包括在预处理步骤i)之前清洁生物质的 步骤，该步骤可通过使用一部分来自精馏塔(B和/或B1)和/或发酵器的清洁的二次冷凝 液物流(3)进行。 0067 在一个其它实施方式中，在步骤v)中，糖蜜用经水解的甘蔗汁稀释。

37、直到达到介于 10Brix50Brix之间的浓度。 0068 在一个实施方式中，所述热回收系统由以下组成：热交换器、分离容器、控制系统 以及该系统的连续和稳定运行所需的其它附件。 0069 在仍然另一个实施方式中，所述步骤i)还可额外使用化学或生物催化剂进行。 0070 在一个其它方面，本发明涉及如上所定义的整合点用于第一代和第二代乙醇的整 合生产的应用。 附图说明 0071 在图1中，显示了利用木质纤维素生物质的方法及其向可发酵糖的转化的示意 图，其中的步骤包括清洁(2.1)、预处理(2.2)、酶水解(2.3)和固-液分离(2.4)，以便产生 可发酵糖(2.5)的溶液。还显示了入口和出口，诸。

38、如，用于生物质(2)、杂质(5.3)、化学/生 物催化剂(2.6)、蒸汽(4.2)、糖(其大部分为具有5个碳原子的形式)(C5)、缓冲剂(2.7)、 酶(2.8)和纤维木质素(5.2)。 0072 图2描绘了用于乙醇(1G)的生产的常规方法的示意图，其中进给以在酶水解步骤 (2G方法)产生的可发酵糖(C6)，后续步骤为发酵(1.1)、经发酵的酒(1.2)的分离、经发 酵的酒(1.3)的分离/脱水、所产生的乙醇(1.4)、细胞循环(1.5)、经水解的甘蔗汁的浓缩 (1.6)、糖蜜(1630Brix)(1.7)和酒糟(釜馏物)(4.4)。 0073 图3显示了用于第一代(1G)和第二代(2G)乙醇。

39、的生产的整合方法的示意图，其 包括已产生用于供应全球方法的能量需求的物流和排出物的再利用，显示该整合方法的步 骤诸如，清洁(2.1)、预处理(2.2)、酶水解(2.3)、固-液分离(2.4)、发酵(1.1)、经发酵 的酒的分离(1.2)、经发酵的酒的分离/脱水(1.3)，另外还有其副产品诸如可发酵糖的溶 液(2.5)和乙醇(1.4)。还显示了入口和出口，诸如用于生物质(2)、杂质(5.3)、化学/生 物催化剂(2.6)、蒸汽(4.2)、大部分具有5个碳原子的糖(C5)、缓冲剂(2.7)、酶(2.8)、 纤维木质素(5.2)、冷凝物(4.3)、二次冷凝液(3)、酒糟(釜馏物)(4.4)、细胞循环。

40、(cell recycling)(1.5)、经水解的甘蔗汁的浓缩(1.6)、糖蜜(1630Brix)(1.7)和酒精蒸 汽(4.5)。 0074 图4例示了含水酒精的蒸馏方法，其中不考虑能量和排出物的再利用，指明了从 酒的进给开始直到得到终产品(含水酒精)的基本物流和设备。此外，还显示了汽提系统 (A)、酒的脱气(A1)、第二代酒精的浓缩(D)、酒精的精馏(B和B1)、热交换器(E、E1、E2、R 和R1)、二次冷凝液物流(3)、酒(4.1)、蒸汽(4.2)、冷凝物(4.3)、酒糟(釜馏物)(4.4)、第 说 明 书CN 104321435 A 10 7/16页 11 二代酒精(4.5)和含水。

41、酒精燃料(AEHC)。 0075 图5是第二代(2G)乙醇的制备方法的简易流程图，其中不靠率能量和排出物的再 利用。该流程图显示了从生物质的进给直到得到可发酵糖(主要为葡萄糖)溶液的基本物 流和设备，还有用于分离糖的系统(S1和S2)、处理水(1)、生物质(2)、低压蒸汽(5.1)、“闪 蒸”蒸汽(6)、C5和C6物流、纤维木质素(5.2)、冷凝物(4.3)和杂质(5.3)。 0076 图6显示了根据本发明的用于第一代和第二代乙醇的整合生产的系统，包括根据 本发明的能量和排出物的再利用。该图显示了基本、优选和任选的物流及设备，指明了在第 二代乙醇生产工厂和含水静静生产工厂之间用于能量和排出物的。

42、再利用的整合点。 具体实施方式 0077 所有技术术语和表达式具有本发明所属领域技术人员所通常理解的相同含义。尽 管与本文所述者相似或相同的方法及材料可用于本发明的实施或测试，就此而言被视为适 当的方法和材料如本文下面所述。因此，本文所引用的术语可能在不同单位、工业或国家上 存在区别，但尽管如此本发明的技术概念和范围应保持有效。此外，本文中所阐述的材料、 方法和例子相对于本发明意图为说明性而非限制性的。 0078 用于乙醇生产(例如，从甘蔗)的第一代和第二代方法的组合允许得到最终更大 量的这种生物燃料而不会由此导致栽种原料体积的增大或重质面积的任何扩大。本发明提 供了用于从木质纤维素生物质(特。

43、别是甘蔗渣和来自甘蔗植物的秆，然而不限于此)生产 乙醇、常规生物燃料和/或多种化学品(溶剂、酸、聚合物等)的第一代(1G)和第二代(2G) 技术的排出物再利用和能量整合的形式。 0079 为本申请的目的，整合点涉及如下点：于该处1G和2G方法可通过1G和2G乙醇生 产工厂之间的能量和/或排出物物流的回收和利用而被连结。 0080 第一代和第二代乙醇生产工厂 0081 要与第一代(1G)工厂整合的第二代(2G)乙醇生产工厂基本可通过图1中所例示 的步骤表达。 0082 对于本申请，术语“生物质”可包括任何非化石有机材料，即，并非衍生自生物有 机体者，无论是活的还是死的。如本文所用的，术语“生物质。

44、”具体是指源于植物的纤维或 木质纤维素生物质，并且包括纤维素，还任选包括半纤维素、木质素、淀粉、寡聚糖和/或单 糖。生物质可源于一种单独的来源，或者可包括源于多于一种来源的混合物。例如，生物质 可包括不同植物品种和/或植物不同部分的材料的混合物。生物质包括但不限于生物能量 谷物、农业和林业残余物。生物质的例子包括但不限于源于选自以下的植物的植物材料：甘 蔗、玉米、大豆、高粱、粟、黑麦、小麦、黑小麦、燕麦、大麦、水稻、苜蓿、狼尾草、芒草棉，龙舌 兰，大麻，黄麻，桉树，松树，柳树，烟草，苜蓿，竹，麻，红薯，马铃薯，木薯，山药，甜菜和油菜。 在一个优选实施方式中，生物质包括甘蔗渣和/或甘蔗秆。 00。

45、83 首先，到达该工艺的生物质可经历清洁或调理步骤以去除可能存在于材料中的植 物或矿物杂质。该操作虽然是任选的，但非常相关，因为其直接影响将会实际处理的原料 的最终品质，特别是由于其延长了已安装设备的可用寿命，因为其基本上最小化了与磨损 (其可归因于例如沙子和石头的存在)相关的损害，尤其是当材料为机械收割时。因此，生 物质的清洁构成了2G乙醇生产工艺的第一个步骤，其可使用多种不同技术(单个操作)进 说 明 书CN 104321435 A 11 8/16页 12 行：即，过滤、倾析、浮选、衬垫、磨碎、过滤后清洗、筛分和干法清洁等，但不限于此。 0084 在工艺的第二个步骤中，生物质(经或未经清洁。

46、和调理的)经历预处理，其目的在 于分离生物质的三种主要(最大)部分并溶解非纤维素组分(主要为半纤维素)以促进 对纤维素酶的易接近性，所述纤维素酶主要负责在后续的水解步骤中将纤维素分子破坏为 (单体)葡萄糖。该分离/溶解过程因化学剂(例如酸和碱)和/或生物剂(例如酶、微生 物)的作用发生，并且通常在分别为150225和12bar25bar范围内的温度和压力 操作条件下进行。 0085 在进行有效预处理的许多方式中，以下显示为最满意的选择：蒸汽爆炸(与蒸汽 一起爆炸)、热水(热水解)、湿法碱式氧化、湿法碱式过氧化物氧化、氨纤维氧化(AFEX)、氢 氧化钠纤维氧化(SHFEX)、CO 2 爆炸和超临。

47、界CO 2 。通常，这些方法使用水蒸汽、稀硫酸、稀磷 酸、氨、氢氧化钙(“石灰”)和二氧化硫(SO 2 )。 0086 当预处理步骤结束时(无论选择何种技术用于该目的)，经预处理的材料可遵循 总计两种途径发展通过该工艺：1)其可被直接进给到水解步骤，或2)其可经历固-液分离 操作，由此分离因半纤维素的溶解产生的戊糖溶液(通过，例如，压缩、离心、过滤后清洗、 倾析后清洗、蒸发后清洗等，但不限于此)，剩余的纤维(纤维素+木质素)被送往后面的水 解步骤。这是在直接成本方面最相关的操作步骤之一，此外还显著影响之前和之后的工艺 步骤的成本。 0087 在酶水解步骤中，预处理之后(无论使用何种方法用于该目。

48、的)留在纤维中的纤 维素通过名为纤维素酶的酶“池”被转化为葡萄糖。该水解过程通常在缓冲介质中发生。 0088 酶水解过程可在选自以下的任何结构中发生：SHF(独立的酶水解和发酵)、 SSF(同时的酶水解和发酵)、SSCF(同时的酶水解、发酵和共同发酵)、CBP(同时的酶产生、 水解和发酵)、SEPHY(独立于发酵的酶产生和酶水解)以及这些的组合。 0089 当水解步骤结束时，将包含可发酵糖(C6)的水解液体与残余的固体成分分离。该 成分在本文中称为纤维木质素，并且基本由浓缩木质素和未在水解过程中转化的纤维素组 成。通常，在该工艺步骤中，可使用固-液分离技术，诸如，过滤(使用或不用真空)、离心、。

49、 蒸发和倾析等。在分离之后，水解液体前进到发酵，或者可用作生产多种产物的原料，诸如， 燃料、有机酸、溶剂和/或HMF(5-羟甲基糠醛，一种通常用于生产软化剂、润滑剂、化学产品 和聚合物等的化合物)。在这种可能性中，可在有或没有细胞循环(cell recycling)的情 况下以连续模式、半连续模式(分批进给)或不连续模式(分批)操作。 0090 现在安装在巴西工厂中的工业基地使用甘蔗通过以下方法生产糖和乙醇，该方法 已经共享了一些操作，诸如，例如，甘蔗的清洗(用水或干法清洁)、准备用于磨碎或分散的 甘蔗、甘蔗汁的提取(其可通过磨碎或分散进行)和由此得到的液体的提纯/处理。以类 似方式，还可以回收木质纤维素残余物，特别是甘蔗渣和秆，以便通过在与现有设备完全整 合的情况下处理这些生物质，尤其是针对能量组织。在图3中，描绘了用于第一代和第二。