生物质转化系统的利记博彩app
【专利说明】生物质转化系统
[0001]本申请为国际申请日2007年7月20日、国际申请号PCT/US2007/074028于2009年3月12日进入中国国家阶段、申请号200780033937.7、发明名称“生物质转化系统”的分案申请。
[0002]与相关申请的交叉参考
[0003]本申请要求2006年7月21日提交的美国临时专利申请N0.60/832，735的优先权，其内容在此以其全文引为参考。
技术领域
[0004]本发明涉及从生物质产生能源(例如乙醇、碳氢化合物、汽油、甲烷、天然气和生物柴油)、电力、营养物(人类和动物)、药物(人类和兽医)(例如医药和药品)、肥料或其它副产物的系统。具体来说，本发明涉及移动、便携和模块式的设施，其从生物质(例如作物、农业废弃物和城市固体废弃物)通过发酵或其它工艺产生能源(例如乙醇、碳氢化合物、汽油、甲烷、天然气和生物柴油)、电力、营养物(人类和动物)、药物(人类和兽医)(例如医药和药品)、肥料或其它副产物。
【背景技术】
[0005]乙醇具有各种各样的用途，包括作为工业化学品和溶剂、燃料添加剂以及直接液体燃料。乙醇是清洁的燃烧燃料，可以从可再生来源例如作物(例如玉米和甘蔗)、木材废弃物、农业废弃物或其它生物质生产。乙醇不仅减少空气排放，而且也改进发动机性能。此夕卜，作为可再生燃料，乙醇减少了美国对外来化石燃料的依赖性。最近，美国的乙醇生产已经从1980年的1.75亿加仑增加到2004年的34亿加仑。目前，在美国有101个开工的乙醇生产厂，还有30个正在建设中。因此，预计在未来的年份中乙醇的生产还将增加。
[0006]在美国生产的大部分乙醇源自于玉米；但是，乙醇也可以从其它富含淀粉和糖的作物生产，例如高粱、小麦、大麦、土豆、甘蔗或甜菜。乙醇生产的开始是将在这些植物中发现的复合糖(例如直链淀粉、纤维素)分解成较简单的可发酵的糖(例如右旋糖)。该第一个步骤能够使用酶、酸、水和/或热来完成。一旦获得较简单的糖，就加入酵母或其它发酵微生物，将糖转化成乙醇。然后通过蒸馏从发酵中除去乙醇。水则可以通过脱水将从乙醇中除去，并且可以通过加入少量汽油或其它醇类(例如甲醇)使乙醇变性，使其不适于人类食用。
[0007]生产乙醇作为燃料补充具有许多益处，包括提升经济、创造职位、利于农业、帮助农村经济开发、提供能源安全性和独立性、减少温室气体排放，以及减少其它污染物的排放，包括一氧化碳、颗粒物质、氮氧化物和其它形成臭氧的污染物。
[0008]Joseph DePardo在题为“生物质乙醇生产和需求的展望”的文章中(www.ea1.doe,gov/oiaf/analysispaper/b1mass.html) 1??,乙酉享@月免赛為白勺@7^，f 胃會泛:#到生产成本的显著降低。他假设，为了使乙醇作为燃料补充(fuel additive)具有竞争性，从其它低成本生物质生产乙醇的能力将是重要的。因此，对于从作物以及其它生物质包括“非原态(non-virgin) ”生物质例如城市固体废弃物生产乙醇的改进方法，仍保持着需求。
【发明内容】
[0009]本发明提供了使用可移动的或便携的生产设施或小型设施，从生物质产生能源(例如乙醇、碳氢化合物、汽油、天然气、甲烷、生物柴油和氢气)、电力、塑料、聚合物、营养物(人类和动物)、蛋白质、生物分子、药物(人类和兽医)、肥料或其它产品。本发明至少部分根植于这样的认识，即迀移生产设施或在使得附近有小型设施而不是迀移在工艺中用作起始材料的生物质或通过设施产生的产品例如乙醇，可能是更为有效、经济和/或方便的。在某些实施方案中，本发明的设施允许使用当地的生物质供应和其它在工艺中需要的材料，例如水、电力、天然气、汽油和下水道。在可移动设施的情况下，地点可以包括某些基础设施(例如工厂的地基(例如混凝土板)、墙壁、屋顶、建筑物、管路、配线、污水管路、气体管路和照明)。本发明的设施还允许使用传统上不被认为可用于产生能源(例如乙醇、碳氢化合物、汽油、天然气、甲烷、生物柴油和氢气)、电力、塑料、聚合物、营养物(人类和动物)、蛋白质、生物分子、药物(人类和兽医)、肥料或其它产品的生物质，例如藻类、水生植物、农业废弃物和人类垃圾。本发明的系统具有个人、商业、政府、农业和军事用途。
[0010]一方面，本发明提供了用于加工生物质以生产任何本文描述的目标产物的可移动生产设施。本发明的可移动设施易于运输，或设施的组件易于运输。运输生产设施或设施的组件而不是生物质起始材料是特别有用和经济的，因为许多用于产生能源(例如生物乙醇、汽油、氢、天然气)或其它所需产物的作物是季节性的。因此，只需要在有加工用的作物或其它生物质时操作生产设施。在加工完成后，设施或设施的某些组件能够转移到另一个具有转化成所需产物的生物质可用的地区。本发明的设施或其组件可以通过水、空、陆或其任何组合来运输。本发明的设施可以包含不可运输或移动的设施或内部结构部件。例如，本发明的生产设施或其组件可以在艇、驳船、轮船或其它水上船舶上运输。这样的设施对于从水生生物质例如藻类(例如马尾藻(Sargassum))或水生植物生产乙醇或其它产物来说是特别有用的。这些设施也可用于在水体上运行到具有适合生产目标产物的生物质的不同地区(例如，在河上或海洋上运送，并停泊在具有适合加工的生物质的地区)。便携设施或其组件也可以在陆地上运输。例如，设施可以用轿车、卡车、牵引拖车和有轨车运输。此外，带有便携设施的陆上车辆也可以运行到具有适合生产目标产物的生物质的地区。最后，设施可以通过空中运输。设施可以通过飞机、直升飞机和软式飞艇来运输。设施的空中运输允许使用通常离生产设施太远而不能使用的生物质。设施可以在飞机上，或者设施或其组件可以从飞机投下或用飞机递送。可移动型设施通常在大小和组装上很方便，以便容易运输设施和/或其个体组件。在陆路运输的情况下，运输工具通常能够通过轿车、卡车和牵引拖车使用的道路和高速公路运行。在海上运输的情况下，设施或组件通常由艇或艇驱动的驳船携带。在空中运输的情况下，设施或组件的大小适合飞机(例如货机)或直升飞机。
[0011]本发明的可移动型设施或从可移动组件构建的设施可以包括任何或所有下列可用于生产目标产物(例如乙醇)的装置:生物质的预处理器，磨机，蒸煮器，冷却容器，储存容器、发酵器，蒸馏装置，柱，管道转移容器以及混合容器。在某些实施方案中，不同阶段的生产设施被有效连接在一起，以便用户可以容易地将材料从生产过程的一个阶段转移到另一个阶段。设施也可以包含任何在生产过程中需要的试剂，包括酵母或其它微生物(包括遗传工程微生物)、酶(例如淀粉酶和纤维素酶)、酸(例如硫酸、盐酸)、碱(例如氢氧化钠)、化学试剂、水、盐、分子筛和柱。在某些实施方案中，当生产乙醇时，设施包含变性剂例如汽油或其它醇类，用于使乙醇变性。本发明的设施可以包含便于储存在设施中使得该设施容易运用的所有必要设备和试剂。在某些实施方案中，设施产生了足够的乙醇或其它能源，以供应工厂、城镇、乡村和岛屿需要的能量。在某些实施方案中，乙醇生产设施每年生产少于5百万加仑乙醇。设施还可以任选包含任何由国际、联邦、州或地方法律要求的设备，包括，例如，防止或处理泄漏、火灾或其它紧急事件所必需的安全设备。
[0012]本技术领域的专业人员将会认识到，生产设施可以从各种不同的可运输组件装配起来。这些组件可以包括生物质的预处理工具，磨机，蒸煮器，冷却容器，储存容器、发酵器，蒸馏装置，柱，管道转移容器以及混合容器。在某些实施方案中，组件包括上述任何的两个或多个的组合。设施可以包含不可运输的组件。乙醇生产设施的这些组件被设计成容易当场装配起工作设施。组件可以是预制的。组件可以是可互换的，并可以为设施提供可缩放性。在某些情况下，组件系统使设施容易装配和分开，以便于便携性。设施的各种不同组件可以使用运输工具(例如空、水和陆)的任何组合带到地点。在某些实施方案中，组件被带到具有某些基础设施的地点，这些基础设施可以包括电力、掩体、地基、下水道、水和天然气管路。所有或某些组件可以在以后拆解并移动到新的位点。在某些实施方案中，特定的组件和/或基础设施可以保留在原地，任选再次使用。
[0013]在某些情况下，可移动设施或其组件是一次性的，以便在服务于其目的之后，设施的一部分或全部可以被暂时或永久地废弃。在其它实施方案中，设施或组件则意味着可重复使用的，因此在有适合生物质的位置与位置间运输。设施可以是只需要加入生物质的完全自给型，或者设施可能需要其它材料或设备例如水、电力、天然气、汽油和下水道。例如，由可移动设施生产的乙醇或其它能源可用于为发电机提供动力，以便为设施供电，或者乙醇或其它能源可以被燃烧，以便提供热能在蒸煮器中分解生物质或进行蒸馏。乙醇或其它能源也可用于为用于运输设施或其组件的运输工具提供动力。
[0014]另一方面，本发明还提供了小型乙醇生产设施(例如生产小于5百万加仑乙醇)。在某些实施方案中，本发明的小型设施生产少于I百万加仑的乙醇。这些小型设施可以如上所述是便携的，或系统的组件可以是便携的。这些设施可以包括任何或所有下列可用于生产生物乙醇的装置:生物质的预处理器，磨机，蒸煮器，冷却容器，储存容器、发酵器，蒸馏装置，柱，管道转移容器以及混合容器。在某些实施方案中，不同阶段的生产设施被有效连接在一起，以便用户可以容易地将材料从乙醇生产过程的一个阶段转移到另一个阶段。设施也可以包含任何在生产过程中需要的试剂，包括酵母或其它微生物(包括遗传工程微生物)、酶(例如淀粉酶和纤维素酶)、酸(例如硫酸和盐酸)、碱(例如氢氧化钠)、水、盐、分子筛，汽油或用于乙醇变性的其它醇类，以及任何其它试剂。本发明的设施可以，例如，包含便于储存在可移动设施中使得该设施容易运用的所有必要设备和试剂。在某些实施方案中，设施产生足够的乙醇，为工厂、城镇、乡村和岛屿供应所需的乙醇。在某些实施方案中，该设施每年生产少于5百万加仑乙醇。设施还可以任选包含任何国际、联邦、州或地方法律所要求的设备，包括，例如防止或处理泄漏、火灾或其它紧急事件所必需的安全设备。本文描述的其它产物也可以通过小型生产设施生产。
[0015]本发明还提供了使用本发明的设施生产目标产物的工艺。工艺使用来自本发明的生产设施所在地的生物质，在当地生产目标产物。当地生产的产物(例如乙醇、汽油、天然气、氢气和碳氢化合物)然后优选在当地使用，以避免生物质和终产物二者的运输成本。优选生产工艺中利用当地水源。工艺中需要的其它试剂可以由设施或当地提供。生产工艺的废弃物或副产物，例如酒糟，可以在当地用作高营养的家畜饲料或用作肥料。工艺的其它废产物或副产物例如生物分子、碳水化合物、蛋白质和聚合物也可以被包装、使用和/或销售。
[0016]基于组件的可移动乙醇生产设施和小型生产设施补充了大型乙醇生产设施(即每年生产超过1-2千万加仑乙醇的设施)。在某些情况下，本发明的设施可以消除在某些地区对大规模乙醇生产设施的需要。在各种不同的地理区域，由于作物和其它生物质的周期性质，某些系统的便携性质能够工作得特别好。这些本发明的设施也允许从低成本生物质经济地生产乙醇，这将有助于使乙醇成为有竞争力的燃料补充。在某些实施方案中，本发明的系统使用的生物质不是玉米、甘蔗或甜菜，或者含有少部分这些作物。
[0017]一方面，本发明的特点是从生物质生产乙醇的设施。这样的设施包含至少一个便携组件。
[0018]在某些实施方案中，组件在将生物质转化为乙醇的过程中执行至少一个步骤。例如，组件可以预处理生物质、发酵生物质、或纯化从生物质产生的乙醇。
[0019]在某些实施方案中，设施能够每年只生产少于大约I百万加仑乙醇，或每年少于大约5百万加仑的乙醇。