CN102439072B - 从制备乙醇中获得的发酵物质中回收有价值物的方法及其产物 - Google Patents
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Abstract
本发明通常涉及从制备乙醇中获得的发酵物质中回收有价值物的方法。另外，本发明涉及从含无机物和木质素的物质中回收有价值物的方法。本发明还涉及从含二氧化硅的物质中回收二氧化硅含量提高的部分的方法。甚至另外，本发明涉及从发酵物质回收粗乙醇的方法。本发明涉及各种含木质素的产物、和溶液、和富含矿物质的产物。
Description
技术领域
本发明通常涉及从制备乙醇中获得的发酵物质中回收有价值物的方法。另外，本发明涉及从含无机物和木质素的物质中回收有价值物的方法。本发明还涉及从含二氧化硅的物质中回收二氧化硅含量提高的部分的方法。甚至另外，本发明涉及从发酵物质回收粗乙醇的方法。本发明涉及各种含木质素的产物、和溶液、和富含矿物质的产物。
背景技术
全球能源需求以及谷物的高价值共同为从其他生物质原料制备乙醇提供了强烈动机。乙醇具有许多用途，但其主要用作燃料或汽油的燃料添加剂以提高辛烷值，降低污染，和/或部分取代汽油以及减少对于原油的需求。
乙醇可从多种生物质原料来制备。如本文使用，生物质是指可再生的任何有机材料。例如，乙醇可以从衍生自能源作物的植物基原料来制备。示例性能源作物包括玉米、甘蔗、稷等。能源作物的果实和/或种子典型地包含大部分淀粉，其容易通过常规方法发酵成乙醇。
本领域已知从能源作物例如玉米制备乙醇的常规方法包括干研磨或湿研磨发酵法。例如参见CORN,Chemistry and Technology,Stanley A.Watson和Paul E.Ramstad,编辑,1987,由the American Association ofCereal Chemists,Inc.,St.Paul,Minnesota,USA出版，出于所有相关目的，其通过引用并入本文。例如，干研磨乙醇制备使用玉米粒的淀粉部分，其占玉米粒的约70％。淀粉组分通过水解转化为糖，然后其发酵以形成乙醇。然后乙醇通过本领域已知的方式从发酵物质回收。
乙醇还可以从多种木质纤维素生物质材料中制备，包括：作物残茬例如玉米秸秆,稻草,麦秆和甘蔗渣；砍伐和研磨残茬例如木屑,锯末和制浆液；草类例如柳枝稷；树类例如白杨和柳树；以及植物衍生的废物例如生活垃圾和纸品。因此，木质纤维素生物质是制备糖的容易获得并且相对廉价的基材，所述糖可发酵以制备醇例如乙醇。
通常，从木质纤维素生物质制备醇包括：(1)从木质素释放纤维素和半纤维素和/或增加纤维素和半纤维素对于酶或化学水解的可操作性；(2)使半纤维素和纤维素的碳水化合物糖解聚成游离的糖；(3)使糖发酵成乙醇；以及(4)使乙醇从发酵物质中分离。
不论生物质原料的类型，乙醇典型地通过蒸馏从发酵物质分离。蒸馏操作的底部物，本文称为釜馏物，主要由蛋白质,木质素,无机物(例如SiO2,CaO,MgO,KO,Fe2O3,P2O5,Al2O3等),未反应或部分反应的碳水化合物(例如纤维素或半纤维素)和残留糖构成。这些有价值物具有多种用途。例如，当乙醇从粮食例如玉米的发酵来制备时，该方法产生含蛋白质的副产物，这些产物在本领域中已知为湿蒸馏器谷物(WDG),干燥的蒸馏器谷物(DDG),湿蒸馏器谷物加可溶物(WDGS)或干燥的蒸馏器谷物加可溶物(DDGS)，本文中其统称为酒糟。酒糟通常用于动物饲料。而且，木质素，其是复合无规多酚聚合物，可用作燃料或燃料添加剂，并且可用作多种产品的原料，包括木材粘合剂、阻燃剂、用于农业和药学产品的缓蚀剂、表面活性剂、沥青/混凝土膨胀剂、钻探泥浆和塑料。得自发酵物质的无机物可用于肥料制剂或用作吸附剂或过滤介质。碳水化合物和残留糖可进一步在发酵制备乙醇的方法中用作糖源。
已经公开了多种从生物质回收木质素和/或二氧化硅的方法。例如，Lucas等人在美国专利No.5,735,916中公开了一种从植物生物质制备木质素燃料、二氧化硅/烧碱氧化物、纤维素和纤维素衍生物的方法。该方法包括：(1)研磨或粉碎植物生物质；(2)在3-5的pH下使用中等酸性溶剂从植物生物质提取糖、可溶性盐、可溶性植物蛋白质和可溶性多肽，并且将提取物发送至发酵过程；(3)滤出残留的固体材料；(4)使用氢氧化钠溶液使木质素和二氧化硅从固体材料中溶解；以及(5)通过超滤使木质素从苛性硅酸盐溶液中分离。
Farone在美国专利No.5,597,714中公开了通过浓酸水解生物质来制备各种用途的糖的方法以及在酸水解生物质后从残留固体中除去二氧化硅或硅酸盐的方法。在该方法中，生物质首先解晶，然后使用酸水解以使纤维素和半纤维素转化为糖。在水解后，通过带式挤压从任何残留固体材料(包含木质素)中分离糖溶液。残留固体材料用金属氢氧化物溶液在pH大于12下进行处理，以提取含有硅酸的溶液。此后，二氧化硅在pH约10下从溶液中沉淀，并且从溶液中过滤。在整个过程中，木质素在工序的含水介质中保持不溶。不溶木质素联合其他残留固体材料通过带式挤压回收以用作湿木质素燃料。
尽管这些方法通过从预处理的生物质原料回收或除去有价值物可改善从生物质制备乙醇的方法的经济性，但是仍保留通过从在制备乙醇中获得的发酵物质例如釜馏物中回收有价值物来进一步改善的机会。而且，存在需要这样的方法，该方法回收和完全利用从发酵物质获得的碳水化合物,木质素,无机物和残留糖，其可在商业规模上进行操作以进一步改善从生物质原料制备乙醇的方法的经济性。
发明概述
因此，简言之，本发明涉及一种从制备乙醇中获得的发酵物质中回收有价值物的方法。依照一个实施方案，该方法包括：使所述发酵物质的固体组分分类以回收：相对于所述发酵物质的固体组分的碳水化合物含量，富含碳水化合物的固体部分；以及相对于所述富含碳水化合物的固体部分的木质素含量，包含富含木质素的固体组分的粗含水木质素浆料部分。
本发明还涉及一种从含无机物和木质素的物质回收有价值物的方法。在一个实施方案中，该方法包括：(a)使含无机物和木质素的物质接触pH为约11.5至约13的含水介质中的碱，并且使所述物质中含有的木质素溶解于所述含水介质中，从而制备包含溶解的木质素的含水碱性提取部分；(b)使所述包含溶解的木质素的含水碱性提取部分的pH降低到约7至约11，并且使无机物固体从所述含水碱性提取部分中沉淀，从而制备包含颗粒无机物固体和溶解的木质素的浆料；(c)使包含颗粒无机物固体和溶解的木质素的浆料进行固液分离，以使所述颗粒无机物固体从所述浆料分离，从而制备包含无机物固体的富含矿物质的颗粒固体部分和包含溶解的木质素的富含木质素的含水部分；以及(d)使包含溶解的木质素的富含木质素的含水部分接触足够比例的酸化剂，以使所述含水部分的pH降低到木质素沉淀的值，从而制备包含沉淀的木质素的浆料。
本发明还涉及一种从含二氧化硅的物质回收具有增加的二氧化硅含量的固体部分的方法。在一个实施方案中，该方法提供用于从包含含有颗粒无机物固体的碱性水相和溶解的木质素的浆料中回收二氧化硅。该方法包括：(a)在第一离心阶段离心所述浆料，以使包含溶解的木质素的富含木质素的含水部分从包含富含二氧化硅的颗粒的富含矿物质的颗粒固体部分中分离；以及(b)在第二离心阶段离心所述富含矿物质的颗粒固体部分或其含水稀释物，以制备富含二氧化硅的固体部分和贫含二氧化硅的部分。
甚至另外，本发明涉及一种从发酵物质回收粗乙醇的方法，在一个实施方案中，该方法包括：使所述包含乙醇的发酵物质进行固液分离，从而使包含乙醇的液体部分从包含发酵物质的固体组分的发酵固体部分中分离。
本发明涉及多种新型产物和溶液，包括(i)颗粒固体产物，其含有木质素,(ii)富含木质素的水溶液,(iii)富含矿物质的颗粒固体产物,(iv)富含木质素的固体产物和(v)浓缩的富含木质素的水溶液。
其他目标和特征在下文中是部分明显的并部分指出。
附图简述
图1示出木质素和/或碳水化合物回收方法的一个实施方案的流程图，该方法包括釜馏物的固体组分的分类。
图2示出从未进行蒸馏来回收乙醇的发酵物质中回收粗乙醇,木质素和碳水化合物有价值物的方法的一个实施方案的流程图。
图3示出木质素回收方法的另一个实施方案的流程图，该方法包括木质素和无机物的溶解和沉淀。
在整个附图中对应的附图标记表示对应的部件。
发明详述
本发明涉及从制备乙醇中获得的发酵物质中回收有价值物的方法。本发明特别有效地从发酵物质回收碳水化合物,木质素,无机物和残留糖，这有利地提供发酵物质的增强的利用率。
在一方面，本发明提供从发酵物质回收碳水化合物。未预料到的，已经发现，发酵物质的固体组分的分类产生至少一种富含碳水化合物的部分。富含碳水化合物的固体部分可循环回到生物质预处理步骤，其中半纤维素和纤维素被解聚成游离糖以在制备乙醇的方法中发酵。富含碳水化合物的固体部分的回收和循环有利地防止有价值碳水化合物损失在垃圾填埋或焚化中，并且增加从木质纤维素生物质制备乙醇中的乙醇收率。
在另一方面，本发明提供从发酵物质回收可溶性糖。根据本发明，发酵物质的固体组分的分类包括将包含全部发酵物质或其部分的浆料加入包含筛子或一系列筛子的筛网分离***中。含有可溶性糖的液体部分穿过分类筛子或筛子，并且任何进一步固液分离物可被收集并循环到制备乙醇的方法的生物质预处理阶段和/或发酵阶段，如本文其他部分所述。可溶性糖的回收和循环有利地防止有价值糖的损失。
在又一方面，本发明涉及回收方法，其包括使发酵物质的固体组分分类，以回收富含碳水化合物的固体部分和包含富含木质素的固体组分的粗含水木质素浆料部分中的至少一种。后者部分中含有的木质素和无机物可在混凝土配制物中用作添加剂。
在另一方面，本发明提供方法：溶解并保持木质素在碱性溶液中的溶解度，同时允许通过沉淀从溶液中回收无机物，之后任选地提供通过沉淀来回收木质素。沉淀的无机物可用于肥料制剂或用作吸附剂或过滤介质。碱性溶液中溶解的木质素可浓缩并配制以制备粘合剂以用于例如碎料板,中密度纤维板(MDF),夹板和定向刨花板(OSB)。如果沉淀，富含木质素的固体产物可被回收和用作燃料或燃料添加剂，并且可用作多种产品的原料，包括阻燃剂、用于农业和药学产品的缓蚀剂、表面活性剂、沥青/混凝土膨胀剂、钻探泥浆和塑料。这些产物(否则将垃圾填埋或焚化)改善了从木质纤维素生物质制备乙醇的总方法的经济性。
在另一方面，本发明提供回收方法，包括使发酵物质的固体组分分类，以制备至少一种富含碳水化合物的固体部分。木质素吸收在含水液相中，从该液相其可通过溶剂提取而回收。
在另一方面，本发明提供从包含含有溶解的木质素的碱性水相和含有富含二氧化硅的颗粒的颗粒固体相的浆料回收富含二氧化硅的部分的方法。具有增加二氧化硅含量的部分可使用或用作吸附剂或过滤介质。
在又一方面，本发明涉及从未进行蒸馏的发酵物质回收粗乙醇的方法。该方法降低热量需要，增加容量，并且减少保持有下游蒸馏操作(用于进一步回收乙醇)。
本发明还提供有用的含木质素的产物、和溶液、和富含矿物质的产物。
I.原料
依照本发明，发酵物质得自从生物质原料制备乙醇的方法。生物质原料包括例如能源作物、植物生物质、农业废料、森林残渣、糖加工残渣和植物衍生的家居废物。含有相对高量的无机物例如二氧化硅的生物质原料通常适于本发明的方法(例如农业废料、能源作物和非木质植物生物质)。然而，也可使用含有相对低浓度的无机物的生物质原料(例如木质生物质原料)。特别地，原料可包含玉米,甘蔗,稷,玉蜀黍,燕麦,高梁,蜀黍,小麦,大麦,黑小麦,水稻,黑麦,乔麦,白花草木樨或其组合。在多种实施方案中，原料包含玉米粒。另外，原料可包含草类例如柳枝稷,大米草,黑麦草,草芦,细叶芒或其组合。另外或可选择地，原料可包括农业废料和/或谷物秸秆例如稻草,稻壳,大麦杆,玉米芯,麦秆,双低油菜秸秆,燕麦秸秆燕麦皮,玉米纤维,秣草(例如高粱,大豆秸秆和/或玉米秸秆)或其组合。在多种优选的实施方案中，原料选自玉米秸秆,谷物秸秆,柳枝稷及其混合物。原料还可包括木材和森林废料例如循环使用的木浆纤维,锯末,硬木,软木材,森林抚育间伐物,果园间伐物或其组合。合适的糖处理残渣包括例如甘蔗甘蔗渣,甜高梁,甜菜浆或其组合。原料也可以包括植物衍生的家居废物例如垃圾和纸品。
通常，木质纤维素生物质含有约35重量％至约50重量％纤维素、约20重量％至约30重量％半纤维素、约15重量％至约30重量％木质素、约2重量％至约5重量％提取物、和约2重量％至10重量％无机物(灰的形式)。例如，玉米秸秆典型地纤维素含量为约33重量％至约40重量％，半纤维素含量为约20重量％至约28重量％，和木质素含量为约16重量％至约22重量％。玉米秸秆也典型地含有微小部分的灰(例如约3重量％至约10重量％或约4重量％至约8重量％)。通过进一步例子的方式，柳枝稷典型地纤维素含量为约30重量％至约38重量％，半纤维素含量为约22重量％至约30重量％，，和木质素含量为约16重量％至约22重量％。柳枝稷也典型地含有微小部分的灰(例如约3重量％至约8重量％或约4重量％至约6重量％)。这些组分的含量的变化主要取决于生物质类型和生物质生长的地理位置。生物质原料的精确性能不是特别关键的。
II.从生物质制备乙醇
从生物质原料制备乙醇的常规方法通常包括下列：(a)粉碎阶段,(b)生物质预处理阶段,(c)发酵阶段和(d)乙醇回收阶段。
在粉碎阶段中，依照本领域已知的常规方法来进行研磨或磨碎生物质原料(例如锤碎)。通常，粉碎的生物质原料在它们最大维度内的粒径小于约6cm(约2.5英寸),小于约5cm(约2英寸),小于约4cm(约1.5英寸)或小于约2.5cm(约1inch)。典型地，原料的粒径约0.01cm(约0.004英寸)至约6cm(约2.4英寸)，约0.1cm(约0.04英寸)至约5cm(约2英寸)，或约0.5cm(约0.2英寸)至约4cm(约1.5英寸)。
类似地，粉碎原料的颗粒可通过各种粒径参数来描述。例如，粉碎原料包含的粒径分布为使得不超过约40重量％,不超过约30重量％或不超过约20重量％的原料颗粒被美国筛No.10(2000μm)筛子保留。另外或可选择地，适用于本发明方法的粉碎原料可包含的粒径分布为使得至少约60重量％,至少约70重量％或至少约80重量％的原料颗粒被美国筛No.60(250μm)筛子保留。
尽管对本发明不特别关键，但是生物质原料的粒径可影响生物质预处理和/或发酵阶段。例如，在生物质预处理阶段，如本文其他部分所述，大部分的相对大的颗粒将降低纤维素和半纤维素的酶或酸水解的可操作性。大部分的相对微细原料颗粒也可是不期望的，因为它们影响原料的加工。例如，相对微细颗粒可在原料颗粒的过滤和洗涤过程中损失，这表示纤维素和/或半纤维素的损失。
而且，生物质原料可在研磨或粉碎之前或之后进行清洁操作以进一步除去各种杂质和污染物(例如石块、灰尘、沙土等材料)。生物质原料的清洁如本领域已知的那些通常进行，例如方法包括操作如水洗涤、空气分类、磁场分离(为了除去铁质材料)和/或筛子分离(例如振动筛网分离***)。
在粉碎之后，生物质典型地加入生物质预处理阶段。通常，在生物质预处理阶段，生物质原料中的纤维素-半纤维素-木质素复合物被破坏，并且半纤维素和纤维素的碳水化合物糖解聚成游离可发酵的糖。预处理通常根据本领域已知的方法来进行。例如，预处理可包括通过采用蒸汽***、酸催化的蒸汽***、organosolv和/或稀酸(例如硫酸或硝酸)的方法来处理生物质原料的第一步，接下来包括纤维素水解成葡萄糖(例如酶水解或酸水解)的第二步。生物质预处理阶段还可包括高温消化以水解半纤维素成可溶性木糖，之后使纤维素水解成葡萄糖。木糖可通过从残留纤维素材料中洗涤而分离。如本文所示，生物质预处理阶段还包括本领域已知的操作例如条件化(例如以除去可抑制糖的发酵的组分)和稀释(例如以制备预处理的生物质蒸汽以用于加到发酵阶段)。
在预处理后，处理的生物质材料加入发酵阶段。在发酵阶段，根据本领域已知的方法，葡萄糖和其他糖使用合适的发酵有机体例如酵母发酵成乙醇。类似地，根据本领域已知的方法，使用合适的发酵有机体，木糖也可发酵成乙醇。如果从纤维素材料分离，木糖可在分离操作中发酵。任选地，纤维素在预处理阶段和发酵阶段中的酶水解可合并在单一阶段(即，同时多糖化和发酵)，其中水解和发酵同时进行。如本文所示，发酵阶段还包括任何繁殖操作(例如酵母繁殖)。
在发酵阶段后，含有乙醇的发酵物质加入乙醇回收阶段。在乙醇回收阶段，发酵物质典型地加入蒸馏操作，其中包含醇的部分回收到顶流，残留材料(即，釜馏物)回收到底流。蒸馏通常根据本领域已知的常规方法使用所述常规设备来进行，例如，Distillation Technology,GEA Wiegand,16页和Bioethanol Technology,GEA Wiegand,16页中所述，其出于所有相关目的通过引用的方式并入本文。包含乙醇的部分然后可进一步脱水(例如通过分子筛)以制备乙醇产物。
III.釜馏物和/或发酵物质的分类
图1示出本发明的方法的实施方案，特别地描述包括发酵物质的固体组分的分类的回收方法，其进行蒸馏用于回收乙醇(即，釜馏物)，以制备富含碳水化合物和木质素的部分。蒸馏操作底部保留的残留固体和残留液体本文中统称为釜馏物。本文所述下列方法可间歇、半间歇或连续进行。
现在参照图1，在制备乙醇中获得的发酵物质100加入蒸馏阶段105，其中包含乙醇的部分回收到顶流110，釜馏物回收到底流115。
离开蒸馏阶段的釜馏物典型地是其中混悬发酵物质的固体组分的水溶液。在多种实施方案中，釜馏物包含含水浆料，其含有约5重量％至约20重量％固体，更优选约5重量％至约15重量％固体,甚至更优选约10重量％至约15重量％固体。釜馏物典型含有木质素,蛋白质,无机物(例如SiO2,CaO,MgO,KO,Fe2O3,P2O5,Al2O3,等),未反应或部分反应的碳水化合物,残留糖和水。离开蒸馏阶段的釜馏物的温度典型地从室温至约90℃。在多种实施方案中，离开蒸馏阶段的釜馏物可发送至储罐以用于根据本发明的方法中的后面的利用。
再次参照图1，釜馏物115可直接从蒸馏阶段和/或一个或多个储罐底部回收(未示于图1)，并且可加入任选的热回收阶段120，以降低釜馏物温度至优选约50℃至约75℃、更优选约50℃至约70℃。在热回收阶段中加热的介质典型地包括工艺用水130。
来自一个或多个储罐、蒸馏阶段的底部、和/或来自热回收阶段120的釜馏物135加入分类阶段140。釜馏物典型地作为含有约5重量％至约20重量％固体、更优选约5重量％至约15重量％固体、甚至更优选约10重量％至约15重量％固体的含水浆料加入分类阶段。在分类阶段140，釜馏物的固体组分分类为两种或多种部分。在多种实施方案中，得自酒糟(例如湿蒸馏器谷物(WDG),干燥的蒸馏器谷物(DDG),湿蒸馏器谷物加可溶物(WDGS)或干燥的蒸馏器谷物加可溶物(DDGS))的固体组分被分类以提供不同粒径的两种或多种固体部分。
依照本发明，釜馏物的固体组分的分类提供回收：相对于所述釜馏物的固体组分的碳水化合物含量，富含碳水化合物的固体部分；以及相对于所述富含碳水化合物的固体部分的木质素含量，包含富含木质素的固体组分的粗含水木质素浆料部分。在本发明的多种实施方案中，釜馏物的固体组分的分类提供回收：相对于所述釜馏物的固体组分的碳水化合物含量，富含碳水化合物的固体部分；以及相对于所述釜馏物的固体部分的木质素含量，包含富含木质素的固体组分的粗含水木质素浆料部分。
如本文使用，术语"分类的"、"进行分类"或"分类"是指能够将固体组分分离成具有不同粒径范围的两种或多种部分的任何操作。一些分类技术是本领域已知的，并且可用于本发明。例如，分类技术包括筛子分离,过滤和沉淀技术或通过水力旋流分类器。
在多种实施方案中，分类包括通过筛网分离***分离固体组分，所述筛网分离***包含筛子或一系列两个或多个筛子，其具有渐进减小尺寸的开口。多种类型的筛子可用于筛子分类***，包括例如铁丝网筛子和/或楔形丝筛子。
在筛网分离***中，包含釜馏物或釜馏物浓缩物的浆料导向至筛子或系列中的第一筛子，其中最大颗粒收集在系列中的第一筛子上，并且渐进减小的粒径的固体部分收集在系列中的连续筛子上，并且包含可溶性糖和典型地悬浮微粒的液体部分离开最后筛子。典型地，当使用筛网分离***时，该***的一个或多个筛子以合适的角度(例如45°)定位，使得其上保留的部分通过重力或其他方式(例如振动)横穿筛子的上侧，以在筛子的最低点或区域的位置离开，这导致固体处理***。本文中所表示，富含碳水化合物的固体部分是离开筛子的材料。固体处理***传输离开分类筛子的部分至随后的加工步骤。固体处理***可包括例如螺旋输送器。应该理解，固体处理***例如螺旋输送器还可在传输过程中降低部分的含水量。
因此，当使用筛网分离***时，富含碳水化合物的固体部分保留在至少一个筛网上。另外，如果包含釜馏物或其浓缩物的浆料加入至少一个筛网，包含富含木质素的固体组分的粗含水木质素浆料部分穿过至少一个筛网。在多种实施方案中，根据本发明的方法包括将釜馏物加入筛网分离***，所述筛网分离***包括的筛子的尺寸用于除去包含富含碳水化合物的固体部分的粗颗粒，使液相穿过筛子同时使粗颗粒保留在筛子上，从而从筛网分离***、包含富含木质素的固体组分的粗含水木质素浆料部分除去粗含水木质素浆料。在这些实施方案中，粗含水木质素浆料部分可仅以进一步固液分离，从而使富含木质素的固体组分从液体部分分离。
在多种优选的实施方案中，筛网分离***包括一个筛子。典型地，筛子的开口为约150μm至约210μm(例如筛目尺寸为约美国筛No.100(150μm)至约美国筛No.70(210μm))。因此在多种实施方案中，富含碳水化合物的部分的粒径为使得部分保留在开口为约150μm至约210μm的筛子上，并且粗含水木质素浆料部分的富含木质素的固体组分的粒径为使得该部分穿过开口为约150μm至约210μm的筛子。在这些和其他实施方案中，富含碳水化合物的部分的粒径为使得该部分保留在筛目尺寸为约美国筛No.100(150μm)至约美国筛No.70(210μm)的筛子上，并且粗含水木质素浆料部分的富含木质素的固体组分的粒径为使得该部分穿过筛目尺寸为约美国筛No.100(150μm)至约美国筛No.70(210μm)的筛子。
在多种其他的实施方案中，筛子分离***包括两个筛子。典型地，第一筛子的开口为约210μm(例如筛目尺寸为约美国筛No.70(210μm))，第二筛子的开口为约150μm(例如筛目尺寸为约美国筛No.100(150μm))。富含碳水化合物的固体部分的粒径为使得固体部分保留在第一筛子上，并且粗含水木质素浆料部分的富含木质素的固体组分的粒径为使得该部分穿过第一和第二筛子。穿过第一筛子但保留在第二筛子上的中间部分(例如-70/+100部分)典型地富含无机物。富含无机物的中间部分可用于钻探泥浆和/或混凝土配制物。
在另外实施方案中好，分类包括将釜馏物加入包含具有渐进减小的尺寸的开口的连续筛子的一系列分类筛子的第一个，并且使液相穿过整个系列的筛子，从而回收：(a)在所述系列的筛子的第一个上的包含富含碳水化合物的固体部分的粗颗粒；(b)包含无机物中富含的固体部分的中间体颗粒；以及(c)相对于液体流动方向，在所述第一筛子下游的连续筛子上，包含富含木质素的固体部分的一个或多个渐进微细的颗粒，并且提供离开最后筛子的液体部分。在多种实施方案中，系列筛子包括的筛子的开口为约210μm(例如筛目尺寸为约美国筛No.70(210μm))至约150μm(例如筛目尺寸为约美国筛No.100(150μm)。在这些和其他多种实施方案中，包含无机物中富含的固体部分的中间体颗粒穿过开口为约210μm筛子，但保留在开口为约150μm的筛子上。另外，在这些和其他实施方案中，包含无机物中富含的固体部分的中间体颗粒穿过筛目尺寸为约美国筛No.70(210μm)的筛子，但保留在筛目尺寸为约美国筛No.100筛子(150μm)的筛子上。在多种实施方案中，系列筛子的最后筛子的孔径为约45至约100微米(μm)。在其他实施方案中，系列筛子的最后筛子的孔径为不大于约45微米。
再次参照图1，离开分类阶段的富含碳水化合物的部分145可循环回到制备乙醇的方法的生物质预处理阶段，如之前本文其他部分所述。
包含离开分类阶段的富含木质素的固体组分的粗含水木质素浆料部分150还可包括可溶性糖以及可溶和不溶无机物。粗含水木质素浆料部分150加入固液分离阶段155。在该阶段中，富含木质素的固体组分165从含有可溶性糖的液体部分160(即，酒槽水)中分离。
依照本领域已知的方式富含木质素的固体组分可从液体部分分离，包括例如过滤、离心或其组合。在多种优选的实施方案中，固液分离阶段155包括一个或多个离心，更优选一个或多个沉降式离心。在其他实施方案中，固液分离阶段155包括过滤***。典型地，使用的过滤介质的标称孔径为约8至约25微米(μm)。在多种实施方案中，过滤介质的标称孔径为约8微米。在其他实施方案中，固液分离阶段155包含离心和过滤技术的组合。
通常，液体部分含有包含戊糖(例如木糖)和己糖(例如葡萄糖)的可溶性糖。典型地，液体部分160中含有的糖包含约60重量％至约80重量％戊糖和约20重量％至约40重量％己糖。在多种实施方案中，包含可溶性糖的液体部分循环回到制备乙醇的方法中的生物质预处理阶段和/或发酵阶段，如之前本文其他部分所述。例如，如果发酵阶段包括单独木糖发酵操作，然后含有可溶性糖的液体部分可加入(使用或不使用条件化)至这种操作。通过进一步例子的方式，含有可溶性糖的液体部分还可加入预处理的生物质材料(使用或不使用条件化)以用于稀释和残留糖回收目的。
从固液分离阶段回收的富含木质素的固体组分典型地包含木质素含量为约30重量％至约50重量％(更典型地约35重量％至约45重量％)。而且，富含木质素的固体组分典型地包含碳水化合物含量不大于约15重量％或不大于约10重量％。在多种实施方案中，碳水化合物含量为约0.1重量％至约15重量％吧，更优选约4重量％至约10重量％。在这些和其他多种实施方案中，富含木质素的固体组分典型地水溶性糖含量为不大于约1重量％。当含高量无机物的生物质原料(例如农业废料,能源作物和非-木质植物生物质)用于制备乙醇时，富含木质素的固体组分包含无机物含量约30重量％至约55重量％，更典型地约35重量％至约55重量％，甚至更典型地约40重量％至约50重量％。在这些实施方案中，无机物含量典型地约60重量％至约80重量％二氧化硅(更典型地约65重量％至约75重量％二氧化硅)。然而，当使用含有低浓度的无机物的生物质原料(例如木质生物质原料)时，富含木质素的固体组分含有无机物含量约0.1重量％至约5重量％，更典型地约0.1重量％至约2重量％。在这些和其他多种实施方案中，富含木质素的固体组分的粒径分布为使得至少约85重量％穿过筛目尺寸为约美国筛No.70(210μm)的筛子，并且不大于约45重量％的部分穿过筛目尺寸为约美国筛No.325(45μm)的筛子。在多种其他的实施方案中，富含木质素的固体组分的粒径分布为使得至少约80重量％穿过筛目尺寸为约美国筛No.100(150μm)的筛子，并且不大于约45重量％的部分穿过筛目尺寸为约美国筛No.325(45μm)的筛子。
固液分离阶段中回收的富含木质素的固体组分165可干燥或再浆化，并且发送至储罐以等待进一步加工(未示于图1),供料至木质素分离过程,供料至气化和/或燃烧过程,用作混凝土配制物中的添加剂,或者分在两个或多个这样的过程或应用中。
图2显示本发明的方法的另外实施方案，特别地描述包括发酵物质的固体组分的分类的回收方法(即，未进行蒸馏)以制备：相对于所述发酵物质的固体组分的碳水化合物含量，富含碳水化合物的固体部分；以及相对于所述富含碳水化合物的固体部分的木质素含量，包含富含木质素的固体组分的粗含水木质素浆料部分。所述回收方法可间歇、半间歇或连续进行。
发酵物质典型地是混合物，含有醇,木质素,蛋白质,无机物(例如SiO2,CaO,MgO,KO,Fe2O3,P2O5,Al2O3,等),未反应或部分反应的碳水化合物,残留糖和水。发酵物质的温度典型地为从室温至约90℃。
现在参照图2，发酵物质200可接受自一个或多个发酵阶段或储罐(未示于图2)，并且穿过任选的热回收阶段203，以降低发酵物质温度至优选约50℃至约75℃、更优选约50℃至约70℃。在热回收阶段中加热的介质典型地包括工艺用水，例如来自蒸发阶段233的浓缩物209。
来自一个或多个储罐、发酵阶段、和/或来自热回收阶段203的发酵物质206加入固液分离阶段215。在固液分离阶段215，包含醇的液体部分分离自包含发酵物质的固体组分的发酵固体部分。依照本领域已知的方式来进行固液分离阶段215，包括例如过滤、离心或其组合。在多种实施方案中，固液分离阶段包括一个或多个离心。在多种其他的实施方案中，固液分离阶段包括过滤***。典型地，使用的过滤介质的标称孔径为约8至约25微米。在特别优选的实施方案中，过滤介质的标称孔径为约8微米。在其他实施方案中，固液阶段包括带式过滤器压机。
使发酵物质进行固液分离阶段而不是直接将物质加入蒸馏阶段有益地降低热量需要，和由于供料至蒸馏阶段的材料的量降低而增加蒸馏阶段的容量。而且，因为在固液分离后加入蒸馏阶段的部分中固体减少，因此蒸馏设备的污染降低。因此，由污染引起的热转移损耗和与蒸馏设备的污染相关的维修也减少。尽管在固液分离后一些醇不可避免在发酵固体部分中，但是该醇可如上所述回收。
现在回到图2，包含醇的液体部分218典型地加入蒸馏阶段221，其中醇回收到顶流224，残留酒槽水227回收到蒸馏阶段的底部。典型地，残留酒槽水含有可溶性糖，可溶性糖包含戊糖(例如木糖)和己糖(例如葡萄糖)。在多种实施方案中，残留酒槽水227中含有的糖为约60重量％至80重量％戊糖和约20重量％至约40重量％己糖。在这些和其他多种实施方案中，至少一部分残留酒槽水循环回到热黑醋栗/提取阶段248(通过管线230)。
残留酒槽水227还可以加入蒸发阶段233，其中残留酒槽水中含有的糖浓缩，形成包含糖的酒槽水糖浆。包含水蒸汽的顶流236离开蒸发器，并且可在冷凝器239中冷凝。在多种实施方案中，至少一部分浓缩物209循环到热回收阶段203(通过管线209).
在多种实施方案中，至少一部分浓缩酒槽水糖浆242循环回到制备乙醇的方法中的生物质预处理和/或发酵阶段，如前面本文中其他部分所述，和/或发送至燃烧过程。
包含离开固液分离阶段215的发酵物质的固体组分的发酵固体部分245可加入热处理/提取阶段248，该阶段中其中携出的残留乙醇被提取，并且发酵固体部分灭菌。发酵固体灭菌是必须杀死任何残留的微生物。用于灭菌的热处理典型地在约60℃至约95℃、更优选约90℃至约95℃的温度下进行。而且，在这些温度下加热促进醇的提取。为了提取残留乙醇，发酵固体部分接触提取溶剂。提取溶剂可包含能够提供醇的任何溶剂(例如水)。在多种实施方案中，提取溶剂包含酒槽水，酒槽水得自使釜馏物固体分离自酒糟，或得自制备乙醇的方法中的发酵物质。或者，参照图2，其中在蒸馏之前，发酵固体部分从发酵物质中除去，得自蒸馏阶段221的至少一部分酒槽水可通过管线230供料至热处理/提取阶段248。使用酒槽水蒸汽有利地提供用于热灭菌发酵固体的至少一部分热值、以及合适的醇提取溶剂。
然后，包含残留乙醇和其中混悬的发酵固体部分的提取溶剂的浆料251加入固液分离阶段254，以从发酵固体部分分离包含醇的提取溶剂。依照本领域已知的方式来进行固液分离阶段254，包括例如过滤、离心或其组合。在多种实施方案中，固液分离阶段254如前面用于固液分离阶段215所述的那样进行。分离可包括使用例如得自热回收阶段203的工艺用水212来另外洗涤固体材料。
包含提取溶剂(包含残留乙醇)是液体部分257优选转移至蒸馏阶段221以回收残留乙醇。
包含离开固液阶段254的发酵物质的固体组分的发酵固体部分260使用水263重新浆化以含有约5重量％至约20重量％固体,更优选约5重量％至约15重量％固体,甚至更优选约10重量％至约15重量％固体。
重新浆化的发酵固体部分266然后加入分类阶段269，在该阶段中其中含有的发酵物质的固体组分分类为两个或多个部分。依照本发明，发酵物质的固体组分(即，包含发酵物质的固体组分的发酵固体部分)的分类提供回收：相对于所述发酵物质的固体组分的碳水化合物含量，富含碳水化合物的固体部分；以及相对于所述富含碳水化合物的固体部分的木质素含量，包含富含木质素的固体组分的粗含水木质素浆料部分。粗水在本发明的多种实施方案中，发酵物质的固体组分的分类提供回收：相对于发酵物质的固体组分的碳水化合物含量，富含碳水化合物的固体部分；以及相对于发酵物质的固体组分的木质素含量，包含富含木质素的固体组分的粗含水木质素浆料部分。
如前面用于图1的方法所述那样进行分类。因此，当使用筛网分离***时，相对于所述发酵物质的固体组分的碳水化合物含量，富含碳水化合物的固体部分保留在至少一个筛网上。另外，如果包含发酵物质或其浓缩物的浆料加入至少一个筛网，包含富含木质素的固体组分的粗含水木质素浆料部分穿过至少一个筛网。在多种实施方案中，根据本发明的方法包括将发酵物质的固体组分或其稀释物加入筛网分离***，所述筛网分离***包括的筛子的尺寸用于除去包含富含碳水化合物的固体部分的粗颗粒，使液相穿过筛子同时使粗颗粒保留在筛子上，从而从筛网分离***、包含富含木质素的固体组分的粗含水木质素浆料部分除去粗含水木质素浆料。在这些实施方案中，粗含水木质素浆料部分可仅以进一步固液分离，从而使富含木质素的固体组分从液体部分分离。
在多种优选的实施方案中，筛网分离***包括一个筛子。典型地，筛子的开口为约150μm至约210μm(例如筛目尺寸为约美国筛No.100(150μm)至约美国筛No.70(210μm))。因此在多种实施方案中，富含碳水化合物的部分的粒径为使得部分保留在开口为约150μm至约210μm的筛子上，并且粗含水木质素浆料部分的富含木质素的固体组分的粒径为使得该部分穿过开口为约150μm至约210μm的筛子。在这些和其他实施方案中，富含碳水化合物的部分的粒径为使得该部分保留在筛目尺寸为约美国筛No.100(150μm)至约美国筛No.70(210μm)的筛子上，并且粗含水木质素浆料部分的富含木质素的固体组分的粒径为使得该部分穿过筛目尺寸为约美国筛No.100(150μm)至约美国筛No.70(210μm)的筛子。
在多种其他的实施方案中，筛子分离***包括两个筛子。典型地，第一筛子的开口为约210μm(例如筛目尺寸为约美国筛No.70(210μm))，第二筛子的开口为约150μm(例如筛目尺寸为约美国筛No.100(150μm))。富含碳水化合物的固体部分的粒径为使得固体部分保留在第一筛子上，并且粗含水木质素浆料部分的富含木质素的固体组分的粒径为使得该部分穿过第一和第二筛子。穿过第一筛子但保留在第二筛子上的中间部分(例如-70/+100部分)典型地富含无机物。富含无机物的中间部分可用于钻探泥浆和/或混凝土配制物。
在另外实施方案中，分类阶段269包括将包含发酵物质的固体组分的重新浆化的发酵固体部分266加入包含具有渐进减小的尺寸的开口的连续筛子的一系列分类筛子的第一个，并且使液相穿过整个系列的筛子，从而回收：(a)在所述系列的筛子的第一个上的包含富含碳水化合物的固体部分的粗颗粒；(b)包含无机物中富含的固体部分的中间体颗粒；以及(c)相对于液体流动方向，在所述第一筛子下游的连续筛子上，包含富含木质素的固体部分的一个或多个渐进微细的颗粒，并且提供离开最后筛子的液体部分。在多种实施方案中，系列筛子包括的筛子的开口为约210μm(例如筛目尺寸为约美国筛No.70(210μm))至约150μm(例如筛目尺寸为约美国筛No.100(150μm)。在这些和其他多种实施方案中，包含无机物中富含的固体部分的中间体颗粒穿过开口为约210μm筛子，但保留在开口为约150μm的筛子上。另外，在这些和其他实施方案中，包含无机物中富含的固体部分的中间体颗粒穿过筛目尺寸为约美国筛No.70(210μm)的筛子，但保留在筛目尺寸为约美国筛No.100筛子(150μm)的筛子上。在多种实施方案中，系列筛子的最后筛子的孔径为约45至约100微米(μm)。在其他实施方案中，系列筛子的最后筛子的孔径为不大于约45微米。
再次参照图2，富含碳水化合物的部分271可循环回到可循环回到制备乙醇的方法的生物质预处理阶段，如之前本文其他部分所述。
包含富含木质素的固体组分的粗含水木质素浆料部分274离开分类阶段，然后加入固液分离阶段277。在该阶段中，富含木质素的固体组分从主要包含废水的液体部分分离。废水280可发送至废水处理。
依照本领域已知的方式，富含木质素的固体组分可分离自液体部分，包括例如过滤或离心。在多种优选的实施方案中，固液分离阶段277包括一个或多个离心，更优选一个或多个沉降式离心。
在其他优选实施方案中，固液分离阶段277包括过滤***。典型地，使用的过滤介质的标称孔径为约8至约25微米(μm)。在特别优选的实施方案中，过滤介质的标称孔径为约8微米。
在多种实施方案中，离开固液分离阶段的富含木质素的固体组分283典型地包含木质素含量约30重量％至约50重量％(更典型地约35重量％至约45重量％)。而且，富含木质素的固体组分典型包含碳水化合物含量不大于约15重量％或不大于约10重量％。在多种实施方案中，碳水化合物含量为约0.1重量％至约15重量％，更优选为约4重量％至约10重量％。在这些和其他多种实施方案中，富含木质素的固体组分典型地水溶性糖含量为不大于约1重量％。当含高量无机物的生物质原料(例如农业废料,能源作物和非-木质植物生物质)用于制备乙醇时，富含木质素的固体组分包含无机物含量约30重量％至约55重量％，更典型地约35重量％至约55重量％，甚至更典型地约40重量％至约50重量％。在这些实施方案中，无机物含量典型地约60重量％至约80重量％二氧化硅(更典型地约65重量％至约75重量％二氧化硅)。然而，当使用含有低浓度的无机物的生物质原料(例如木质生物质原料)时，富含木质素的固体组分含有无机物含量约0.1重量％至约5重量％，更典型地约0.1重量％至约2重量％。在这些和其他多种实施方案中，富含木质素的固体组分的粒径分布为使得至少约85重量％穿过筛目尺寸为约美国筛No.70(210μm)的筛子，并且不大于约45重量％的部分穿过筛目尺寸为约美国筛No.325(45μm)的筛子。在多种其他的实施方案中，富含木质素的固体组分的粒径分布为使得至少约80重量％穿过筛目尺寸为约美国筛No.100(150μm)的筛子，并且不大于约45重量％的部分穿过筛目尺寸为约美国筛No.325(45μm)的筛子。
固液分离阶段中回收的富含木质素的固体组分283可干燥或重新浆化，并发送至储罐以等待进一步加工(未示于图2),供料至木质素分离过程,供料至气化和/或燃烧过程,用作混凝土配制物中的添加剂,或者分在两个或多个这样的过程或应用中。
在本发明方法的另一实施方案中，在制备乙醇中获得的发酵物质分为多种部分，包含第一发酵物质部分和第二发酵部分。此后第一发酵物质部分依照上述方法并结合图1来处理。此后第二发酵部分依照上述方法并结合图2来处理。
在本发明的其他实施方案中，上述公开的方法可结合溶剂-基木质素提取方法。例如，Belanger et al.,美国专利申请公开No.2009/0062516公开了一种方法，其中木质素使用含水醇溶液从生物质材料来提取。另外，Zhu,国际专利申请WO 2009/089439公开了一种方法，其中木质素使用铵和醇的混合物从生物质提取。Upfal et al.,美国专利申请公开No.2007/0215300公开了一种方法，其中木质素使用离子液体从多种原料中提取，例如取代或未取代的芳基磺酸盐例如甲苯磺酸盐的离子液体盐的取代或未取代的咪唑,***,吡唑啉,吡啶,吡咯烷,哌啶阳离子、铵、鏻或锍盐。出于所以相关目的，其通过引用并入本文。
因此，在多种实施方案中，富含木质素的组分可接触溶剂，从而产生包含溶解的木质素的提取物。在优选实施方案中，溶剂包含有机溶剂，包括例如，乙醇,甘油,丙酮,及其混合物。在这些和其他实施方案中，溶剂包含离子溶剂。
典型地，包含溶解的木质素的提取物将进行分离步骤，其中木质素从溶剂中分离。木质素从溶剂中分离依照本领域已知的方式来进行，例如蒸馏或蒸发。
IV.木质素和无机物的回收
图3显示本发明的方法的另外实施方案，特别地描述包括从含无机物和木质素的物质回收木质素和无机物的回收方法。合适的含无机物和木质素的物质包括例如，在上述方法结合图1、2或其组合中获得的富含木质素的固体组分。本文所述下列方法可间歇、半间歇或连续进行。
现在参照图3，含无机物和木质素的物质303(例如富含木质素的固体组分)用水306稀释以提供含水介质，其固体含量为约2重量％至20重量％,更优选固体含量为约3重量％至15重量％,甚至更优选固体含量约5重量％。含无机物和木质素的物质可在任何点处稀释，例如，在线用水或在加入碱处理阶段312时。
然后所得含水介质加入或进行碱处理阶段312，并且接触碱性水溶液，所述碱性水溶液例如通过加入碱309和水306至阶段312中而获得。足够的碱加入以调节含水介质的pH为约11.5至约13，更优选pH为约12至约13。在该pH范围内，木质素溶剂，从而形成包含溶解的木质素的含水碱性提取部分。其他组分例如无机物(例如二氧化硅)也可在该pH范围内溶解。在该pH范围内，含水碱性提取部分是稠的粘性浆料，其难以用固液分离技术来分离。
用于碱处理阶段的合适的碱包括氢氧化钠,氢氧化钙,氢氧化钾和氢氧化铵.优选地，碱是氢氧化钠。
在这些和其他实施方案中，在使富含木质素的固体部分接触pH为约11.5至约13的含水介质中的碱时，含水介质的温度升至约室温至约120℃,更优选约70℃至约100℃,甚至更优选约90℃至约95℃(例如95℃)。而且，观察到，含水介质的温度不利地影响含水介质的pH。因此，必须通过控制含水介质的pH或控制初始加入含无机物和木质素的物质的碱的量，来控制碱的加入。
含水介质的pH的控制可使用本领域已知的方法来实现。例如，在期望操作温度下流体接触含水介质的pH计可用于测定是否另外的碱需要保持期望的pH。另外的方法可需加入固定量的碱至含水介质，在供料温度下根据需要在期望的操作温度下实现期望的pH的碱的量的关联。无论选择的控制方案，可以在加热至期望操作温度之前、之中和/或之后加入含水介质。
在多种优选的实施方案中，任选的纤维素防护剂(未示于图3)可加入碱处理阶段312。高pH(例如12-13)和高温纤维素碳水化合物进行基本上降低，从而引起一些碳水化合物使木质素溶解。纤维素防护剂防止纤维素碳水化合物的该降解，和相关的包含溶解的木质素的含水碱性提取部分的碳水化合物污染。合适的纤维素防护剂典型包括保护剂，例如蒽醌,MgCl2,MgCO3,Mg(OH)2或其组合。
在多种优选的实施方案中，在使含无机物和木质素的物质接触含水介质中的碱之前或期间，含水介质的温度升至约70℃至约120℃，保持在该温度范围，同时连续搅拌使木质素继续溶解；以及此后使所述介质的温度降低到约40℃至约60℃。
再次参照图3，含水碱性提取部分315加入第一酸处理阶段318，并且接触酸化剂321。足够的酸化剂加入含水碱性提取部分315以调节pH为约7至约11,优选约8至约11,更优选约9至约10,甚至更优选约9.5至约10。在该pH范围内，无机物(例如二氧化硅)沉淀，同时木质素保持溶解在溶液中，从而产生包含颗粒无机物固体和溶解的木质素324的浆料。在多种实施方案中，沉淀剂或促凝剂(未示于图3)可存在于第一酸处理阶段以增加无机物的沉淀速率。在这些和多种实施方案中，在含水碱性提取部分接触酸化剂之前或同时，碱性提取部分的温度典型地降低到约30℃至约50℃。
第一酸处理阶段中使用的合适的酸化剂包括硫酸,盐酸,磷酸和二氧化碳(即，碳酸)。优选地，酸化剂是硫酸或盐酸。当二氧化碳是酸化剂时，其可得自从生物质原料制备乙醇的方法。例如，二氧化碳可得自从生物质原料制备乙醇的方法的发酵阶段(即，来自酵母繁殖和/或发酵操作的废气)和/或蒸馏阶段。
再次参照图3，包含颗粒无机物固体和溶解的木质素324的浆料进行固液分离阶段327，以使颗粒无机物固体从浆料分离，从而产生包含无机物固体和富含木质素的含水部分333(含有溶解的木质素)的富含矿物质的颗粒固体部分330。典型地，富含矿物质的颗粒固体部分还可含有残留生物质和其他固体残渣。
依照本领域已知的方式，富含矿物质的颗粒固体部分可从溶解的木质素分离，包括例如倾泻,过滤,离心及其组合。在多种实施方案中，固液分离阶段327包括倾泻容器和过滤单元，其中颗粒无机物在倾泻容器中从浆料中沉淀。典型地，在约1至约12小时内沉淀的无机物沉淀至倾泻容器的底部。倾泻容器中的液相然后可除去并发送至过滤单元，其中残留混悬固体(例如无机物残渣,不溶生物质和未溶解的木质素)从溶液中除去。倾泻容器中的沉淀固体可优选使用热水336(例如约70℃至约90℃)，pH约8至约10来洗涤，以除去残留木质素。包含残留溶解的木质素的热水339可在线混合(未示出)离开过滤单元的富含木质素的含水部分，或单独加入第二酸处理阶段348。
富含矿物质的颗粒固体部分典型地包含基于干重约55％至约75％二氧化硅含量(优选基于干重约60％至约70％)和基于干重约25％至约35％非二氧化硅无机物含量。而且，富含矿物质的颗粒固体部分典型地包含基于干重不大于约15％木质素含量(优选基于干重不大于约10％或约5％)。在多种实施方案中，富含矿物质的颗粒固体部分包含基于干重约0.1％至约15％木质素含量或基于干重约1％至约15％木质素含量。富含矿物质的颗粒固体部分也典型地包含基于干重不大于约10％、更优选不大于约5％碳水化合物含量。在这些和其他多种实施方案中，富含矿物质的颗粒固体部分包含基于干重约0.1％至约10％碳水化合物含量(更优选约1％至约10％)。另外，在多种实施方案中，富含矿物质的颗粒固体部分包含粒径分布为使得至少约85重量％穿过筛目尺寸为约美国筛No.70(210μm)的筛子，并且不大于约45重量％的部分穿过筛目尺寸为约美国筛No.325(45μm)的筛子。在其他实施方案中，富含矿物质的颗粒固体部分包含粒径分布为使得至少约80重量％穿过筛目尺寸为约美国筛No.100(150μm)的筛子，并且不大于约40重量％的部分穿过筛目尺寸为约美国筛No.325(45μm)的筛子。
在其他实施方案中，固液分离阶段327包含双阶段离心操作(未示于图3)。在第一离心阶段，富含木质素的含水部分自富含矿物质的颗粒固体部分分离(包含富含二氧化硅的颗粒和其他残留固体)。在第二离心阶段，富含矿物质的颗粒固体部分或其含水稀释物被离心以产生富含二氧化硅的固体部分和贫含二氧化硅的部分。贫含二氧化硅的部分典型包括含有相对贫含二氧化硅的颗粒的浆料。在多种实施方案中，第二离心阶段操作的重力大于第一离心阶段。
在这些和其他多种实施方案中，富含矿物质的颗粒固体部分,富含二氧化硅的部分和/或贫含二氧化硅的部分可加入任选的干燥阶段(未示于图3)以降低所述部分的含水量。
富含矿物质的颗粒固体部分和贫含二氧化硅的部分可包装并且作为肥料销售或加入肥料配制物。富含二氧化硅的部分可包装并且作为吸附剂销售。另外或可选择地，富含二氧化硅的部分可用过氧化氢洗涤以提供白二氧化硅砂产品，用于过滤介质和工业应用，其中二氧化硅是原料(例如玻璃制造业)。
离开固液分离阶段327的富含木质素的含水部分333典型包含约70重量％至约90重量％木质素,不大于约10重量％无机物和不大于约10重量％碳水化合物，所有基于不含碱金属和水。在多种实施方案中，富含木质素的含水部分包含无机物含量约0.1重量％至约10重量％(更优选约5重量％至约10重量％)，基于不含碱金属和水。在这些和其他多种实施方案中，富含木质素的含水部分包含碳水化合物含量约0.1重量％至约10重量％(更优选约5重量％至约10重量％)，基于不含碱金属和水。
在多种实施方案中，至少一部分富含木质素的含水部分333加入浓缩阶段342，能够通过蒸发水浓缩富含木质素的含水产物，从而产生浓缩的富含木质素的含水产物345。浓缩的富含木质素的含水产物典型包含木质素含量为约8重量％至约20重量％，更优选约10重量％至约15重量％。而且，浓缩的富含木质素的含水产物典型包含无机物含量不大于约1重量％(更优选不大于约0.4重量％)。在多种实施方案中，浓缩的富含木质素的含水产物包含无机物含量约0.1重量％至约1重量％(更优选约0.5重量％至约1重量％)。典型地，浓缩的富含木质素的含水产物包含碳水化合物含量不大于约0.5重量％(更优选不大于约0.2重量％)。在这些和其他多种实施方案中，浓缩的富含木质素的含水产物包含碳水化合物含量约0.05重量％至约0.5重量％。在这些和其他多种实施方案中，浓缩的富含木质素的含水产物典型pH为约7至约11，优选约8至约11,更优选约9至约10，甚至更优选约9.5至约10。浓缩的富含木质素的含水产物可用于粘合剂制剂，用在例如碎料板,中密度纤维板(MDF),夹板和定向刨花板(OSB)。
现在回到图3，碱性富含木质素的含水部分333和洗涤水(包含残留溶解的木质素339)可加入第二酸处理阶段348，并且接触酸化剂351。足够的酸化剂加入富含木质素的含水部分以调节pH至木质素沉淀的值。优选pH值调整到约1.5-约2.5，更优选约1.6-约2，并且仍然更优选约1.8-约2。在此pH值范围内，木质素迅速沉淀，从而产生包含沉淀的木质素的浆料353。沉淀的木质素是疏水的，可以很容易地从浆料中分离出来。典型地，在调整pH值之前或同时，将富含木质素的含水部分加热到约30℃-约50℃。
第二处理阶段中使用的合适的酸化剂包括硫酸,盐酸和磷酸。优选酸化剂是硫酸或盐酸。
在多种实施方案中，在接触酸化剂后，包含沉淀的木质素的浆料加热至约80℃以增加粒径。
再次参照图3，包含沉淀的木质素的浆料353加入固液分离阶段356。在该阶段中，富含木质素的固体产物部分359自含有酸化剂和/或酸可溶有机和无机物的残留液体部分363分离。
富含木质素的固体产物部分可根据本领域已知的方法自残留液体部分分离，所述方法包括例如过滤，离心，或其组合。在多种优选的实施方案中，固液分离阶段356包括过滤***。典型地，过滤介质具有约8至约25微米的标称孔径。在特别优选的实施方案中，过滤介质具有约8微米的标称孔径。
残留液体部分363可排出至废水处理。在多种实施方案中，含有酸化剂的至少一部分残留液体部分循环回到酸处理阶段，更优选第一酸处理阶段(未示于图3)。
富含木质素的固体产物部分359可加入任选的干燥阶段366，其中固体部分的含水量降低。
富含木质素的固体产物部分典型包含木质素含量至少约50％,更优选至少约60％,甚至更优选至少约65％，基于干重。在多种实施方案中，富含木质素的固体产物部分的木质素含量典型为约60％至约95％，约60％至约90％，约60％至约80％，或约80％至约90％，基于干重。而且，富含木质素的固体产物部分典型包含无机物含量不大于约25％,更优选不大于约20％,甚至更优选不大于约15％，基于干重。在多种实施方案中，富含木质素的固体产物部分包含无机物含量约0.1％至约20％无机物(更优选约1％至约20％)，基于干重。富含木质素的固体产物部分还典型包含碳水化合物含量不大于约20％,更优选不大于约15％,甚至更优选不大于约10％，基于干重。在这些和其他多种实施方案中，富含木质素的固体产物部分包含碳水化合物含量约0.1％至约10％(更优选约1％至约10％)，基于干重。另外，在多种实施方案中，富含木质素的固体产物部分的粒径分布为使得至少约85重量％穿过筛目尺寸为约美国筛No.70(210μm)的筛子，并且不大于约45重量％的部分穿过筛目尺寸为约美国筛No.325(45μm)的筛子。在其他实施方案中，富含木质素的固体产物部分的粒径分布为使得至少约80重量％穿过筛目尺寸为约美国筛No.100(150μm)的筛子，并且不大于约40重量％的部分穿过筛目尺寸为约美国筛No.325(45μm)的筛子。
在多种实施方案中，至少一部分富含木质素的固体产物部分可能会引入至任选的第二木质素回收过程(未示于图3)，其一般按照上述图3描述的方法进行。根据所需的纯度水平，涉及无机物沉淀的工艺步骤可能没有必要。
因此，任选的第二木质素回收过程一般包括加入足够的碱来调整pH值，其中木质素溶解在含水介质中，从而形成包含溶解的木质素的含水介质。随后，包含溶解的木质素的含水介质与足够比例的酸化剂接触以降低含水介质的pH至木质素沉淀的值。然后可将含水介质中沉淀的木质素引入到固/液分离阶段，从而产生提高的富含木质素的固体产物部分和包含酸化剂的残留液体部分。提高的富含木质素的固体产物部分可引入至任选的干燥阶段，其中固体部分的水分含量降低。
V.富含二氧化硅的部分的回收
本发明还涉及从含二氧化硅物质中回收具有提高的二氧化硅含量的固体部分的方法。在多种实施方案中，该方法提供从包含碱性水相的浆料中回收富含二氧化硅的部分，所述水相包含颗粒无机物固体和溶解的木质素。该方法包括：(一)在第一离心阶段离心浆料以将包含溶解的木质素的富含木质素的含水部分与包含富含二氧化硅的颗粒的富含矿物质的颗粒固体部分分离；及(b)在第二离心阶段离心富含矿物质的颗粒固体部分或其含水稀释物以产生富含二氧化硅的部分和贫含二氧化硅的部分。所述贫含二氧化硅的部分通常包括含有相对贫含二氧化硅的颗粒的浆料。在多种实施方案中，第二离心阶段在比第一离心阶段更大的重力下操作。
在这些和其他多种实施方案中，富含矿物质的颗粒固体部分,富含二氧化硅的部分和/或贫含二氧化硅的部分可加入任选的干燥阶段以降低所述部分的含水量。富含二氧化硅的部分可包装或作为吸附剂销售。另外或可选择地，富含二氧化硅的部分可用过氧化氢洗涤以提供白二氧化硅砂产品，用于过滤介质和工业，其中二氧化硅是原料(例如玻璃制造业)。
VI.从发酵物质回收乙醇
得自制备乙醇的方法中的发酵阶段的发酵物质典型地是含有乙醇,木质素,蛋白质,无机物(例如SiO2,CaO,MgO,KO,Fe2O3,P2O5,Al2O3,等),未反应或部分反应的碳水化合物,残留糖和水的混合物。在传统工艺中，发酵物质引入到一个蒸馏阶段(或蒸馏阶段前的储罐)以从所述物质回收乙醇。
已经发现，在进行任何蒸馏阶段之前，发酵物质可能会进入固液分离阶段。将该发酵物质引入到固液分离阶段有益地减少热量的需求，提高蒸馏阶段的能力，这是送入蒸馏阶段的材料量减少的结果。而且，因为固液分离之后送入蒸馏阶段的部分贫含固体，因此蒸馏设备的积垢减少。因此，蒸馏设备结垢和相关维修造成的传热损失也随之减少。
固液分离阶段按照本领域已知的方式进行，其包括例如过滤，离心，或其组合。在多种实施方案中，固液分离阶段包括一个或更多的离心机。在多种其他的实施方案中，固液分离阶段包括过滤***。典型地，所用过滤介质具有约8至约25微米的标称孔径。在特别优选的实施方案中，过滤介质具有约8微米的标称孔径。在其他实施方案中，固液阶段包括带式压滤机。
虽然有些乙醇不可避免地保留固液分离阶段之后的发酵固体部分中，但是该乙醇可通过使发酵固体进行热处理/提取阶段而回收，其中提取携带的残留乙醇和对发酵固体部分灭菌。灭菌发酵固体是要杀死任何剩余的微生物。灭菌必须的热处理通常在约60℃至约95℃的温度和更优选从约90℃至约95℃的温度下进行。而且，在这些温度下加热有利于乙醇提取。要提取残留乙醇，将发酵固体部分与提取溶剂接触。提取溶剂可包括任何能够提取乙醇的溶剂(例如水)。另外或可选择地，提取溶剂可包括从全部酒槽分离酒糟固体或在制备乙醇过程中蒸馏发酵物质时获得的酒糟水。此外，如图2显示，如果在蒸馏之前将发酵固体部分从发酵物质中除去，由蒸馏阶段获得的至少一部分酒槽水可送入热处理/提取阶段。使用酒槽水料流有利地为发酵固体的热灭菌提供至少一部分热值以及合适的乙醇提取溶剂。
热处理/提取阶段之后，包含提取溶剂(包括残留的乙醇)和其中悬浮的发酵固体部分的浆料可加入固液分离阶段以将包含乙醇的提取溶剂与发酵固体部分分离。固液分离阶段按照本领域已知的方式进行，其包括例如过滤，离心，或其组合。这种分离可能还包括附加的用工艺用水清洗固体材料。包含提取溶剂(包括残留的乙醇)的液体部分然后优选转移到蒸馏阶段以回收残留的乙醇。
因此，本发明还涉及从发酵物质回收粗乙醇的方法。在多种实施方案中，这个方法包括使含乙醇的发酵物质进行固液分离，从而将包含乙醇的液体部分与包含发酵物质的固体部分的发酵固体部分分离。
在多种实施方案中，该方法还包括使发酵固体部分与提取溶剂接触，从而提取其中携带的残留乙醇；和通过将发酵固体部分加热到至少60℃(和更优选从约90℃至约95℃)温度来灭菌发酵固体部分。在多种实施方案中，提取溶剂包括水。在这些和其他实施方案中，提取溶剂包括在制备乙醇的方法中由蒸馏阶段获得的酒槽水。优选酒槽水为加热灭菌发酵固体部分提供至少一部分的所需热值。
在多种实施方案中，该方法还包括将发酵固体部分与包含残留乙醇的提取溶剂分离。在这些实施方案中，包含残留乙醇的提取溶剂被转移到制备乙醇方法中的蒸馏阶段以回收残留的乙醇。
VII.产物和溶液
本发明还涉及各种含木质素的产物和溶液和富含矿物质的产物。这些各种产物和溶液可得自任何方法，包括例如本发明的方法。
本发明的一种含木质素的产物是颗粒固体产物(例如依照本发明的方法制备的富含木质素的固体组分)，其是有用的木质素和/或无机物回收过程中的中间体或原料，或作为添加剂在混凝土配制物中有用。颗粒固体产物通常包括木质素含量从约30重量％至约50重量％(更典型地从约35重量％至约45重量％)。而且，颗粒固体产物通常包括碳水化合物含量不大于约15重量％或不大于约10重量％。在各实施方案中，碳水化合物含量为约0.1重量％至约15重量％，更优选从约4重量％至约10重量％。在这些和其他多种实施方案中，颗粒固体产物通常具有不大于约1重量％的水溶性糖含量。在多种实施方案中，颗粒固体产物包含约30重量％至约55重量％，更典型地重量约35％至约55重量％，甚至更典型地从约40重量％至约50重量％的无机物含量。在这些实施方案中，无机物含量通常包括约60重量％至约80重量％(甚至更典型地约65重量％至约75重量％)的二氧化硅。在其它实施方案中，颗粒固体产物包括约0.1重量％至约5重量％，更典型地约0.1重量％至约2重量％的无机物含量。在这些和其他多种实施方案中，颗粒固体产物的粒径分布为使得至少约85重量％穿过筛目尺寸为约美国筛No.70(210μm)的筛子，并且不大于约45重量％的产物穿过筛目尺寸为约美国筛No.325(45μm)的筛子。在多种其他的实施方案中，颗粒固体产物的粒径分布为使得至少约80重量％穿过筛目尺寸为约美国筛No.100(150μm)的筛子，并且不大于约45重量％的产物穿过筛目尺寸为约美国筛No.325(45μm)的筛子。
本发明的另外含木质素的产物是富含木质素的固体产物(例如依照本发明的方法制备的富含木质素的固体产物部分)，其可用作燃料或燃料添加剂和多种产品包括阻燃剂，农业和医药产品缓释剂，表面活性剂，沥青/混凝土掺合剂，钻探泥浆和塑料的原料。富含木质素的固体产物通常包括木质素含量至少约50％，更优选至少约60％，仍然更优选至少约65％，基于干重。在多种实施方案中，富含木质素的固体产物的木质素含量通常是从约60％至约95％，从约60％至约90％，从约60％至约80％，从约80％至约90％，基于干重。而且，富含木质素的固体产物通常包括无机含量不大于约25％，更优选不大于约20％，仍然更优选不大于约15％，基于干重。在多种实施方案中，富含木质素的固体产物包括无机含量约0.1％至约20％的无机物(更优选从约1％至约20％)，基于干重。富含木质素的固体产物通常还包括碳水化合物含量不大于约20％，更优选不大于约15％，仍然更优选不大于约10％，基于干重。在这些和其他多种实施方案中，富含木质素的固体产物包括碳水化合物含量约0.1％至约10％(更优选从约1％至约10％)，基于干重。另外，在多种实施方案中，富含木质素的固体产物包含粒径分布为使得至少约85重量％穿过筛目尺寸为约美国筛No.70(210μm)的筛子，并且不大于约45重量％的产物穿过筛目尺寸为约美国筛No.325(45μm)的筛子。在其他实施方案中，富含木质素的固体产物包含粒径分布为使得至少约80重量％穿过筛目尺寸为约美国筛No.100(150μm)的筛子，并且不大于约40重量％的产物穿过筛目尺寸为约美国筛No.325(45μm)的筛子。
本发明的一种含木质素溶液是富含木质素的水溶液(例如根据本发明方法制备的富含木质素的含水部分)，其可用作木质素回收方法或浓缩的富含木质素的含水溶液制备方法的中间体或原料，其对于粘合剂配方是有用的，例如在碎料板，中密度纤维板(MDF)，夹板，和定向刨花板(OSB)中。富含木质素的水溶液通常包含约70重量％至约90重量％的木质素，不大于约10重量％的无机物，以及不大于约10重量％的碳水化合物，所有基于不含碱金属和水。在多种实施方案中，富含木质素的水溶液包括无机物含量约0.1重量％至约10重量％(更优选约5％重量至约10重量％)，基于不含碱金属和水。在这些和其他多种实施方案中，富含木质素的含水溶液包括碳水化合物含量约0.1重量％至约10重量％(更优选约5％重量至约10重量％)，基于不含碱金属和水。
本发明的另一种含木质素溶液是一种浓缩的富含木质素的含水溶液(例如根据本发明方法制备的浓缩的富含木质素的含水产物)，其在粘合剂配方中是有用的，例如在碎料板，中密度纤维板(MDF)，夹板，和定向刨花板(OSB)中。浓缩的富含木质素的含水溶液通常包括木质素含量约8重量％至约20重量％，更优选从约10重量％至约15重量％。而且，浓缩的富含木质素的含水溶液通常包括无机物含量不大于约1重量％(更优选不大于约0.4重量％)。在多种实施方案中，浓缩的富含木质素的含水溶液包括无机物含量约0.1重量％至约1重量％(更优选从约0.5重量％至约1重量％)。典型地，浓缩的富含木质素的含水溶液包括碳水化合物含量不大于约0.5重量％(更优选不超过约0.2重量％)。在这些和其他多种实施方案中，浓缩的富含木质素的含水溶液包括碳水化合物含量约0.05重量％至约0.5重量％。在这些和其他多种实施方案中，浓缩的富含木质素的含水溶液通常具有约7至约11的pH值，优选约8至约11，更优选约9至约10，而且还更优选从约9.5至约10。
本发明的富含矿物质的产物是富含矿物质的颗粒固体产物(例如根据本发明方法制备的富含矿物质的颗粒固体部分)，其具有多种用途，包括肥料或并入施肥配方。而且，产品或其纯净的形式可用作吸附剂，过滤介质，或用于工业用途，其中二氧化硅为原料(例如玻璃制造行业)。富含矿物质的颗粒固体产物通常包括二氧化硅含量约55％至约75％，基于干重(优选约60％至约70％，基于干重)和非二氧化硅无机物含量约25％至约35％，基于干重。而且，富含矿物质的颗粒固体产物通常包括木质素含量不大于约15％，基于干重(优选不大于约10％或约5％，基于干重)。在多种实施方案中，富含矿物质的颗粒固体产物包括木质素含量约0.1％至约15％，基于干重，或约0.1％至约15％，基于干重。富含矿物质的颗粒固体产物通常还包括碳水化合物含量不大于约10％，更优选不大于约5％，基于干重。在这些和其他多种实施方案中，富含矿物质的颗粒固体产物包括碳水化合物含量约0.1％至约10％(更优选从约1％至约10％)，基于干重。另外，在多种实施方案中，富含矿物质的颗粒固体产物包括粒径分布为使得至少约85重量％穿过筛目尺寸约美国筛第70号(210微米)的筛子，不超过约45重量％的部分穿过筛目尺寸约美国筛325号(45微米)的筛子。在其他实施方案中，富含矿物质的颗粒固体产物包括粒径分布使得至少约80重量％穿过筛目尺寸约美国筛第100号(150微米)的筛子，不超过约40重量％的部分穿过筛目尺寸约美国筛325号(45微米)的筛子。
VIII.测定组成的方法
下面介绍试样的准备程序和方法，确定各部分的产品组成，和本文所述的溶液。
A.发酵物质和酒糟的固体组分
1.将200毫升发酵物质或酒糟的代表性样品在4英寸(10.2厘米)布氏漏斗中在8微米(μm)滤纸上在100毫米汞柱(13.3千帕)的绝对终端真空压力下在室温下(约22℃)过滤30分钟。
2.在过滤30分钟后，100毫升等份的去离子洗涤水传递到过滤器，并在室温下在100毫米汞柱(13.3千帕)的绝对终端真空压力下通过滤饼20分钟。
3.洗过的滤饼在100毫米汞柱(13.3千帕)的绝对终端真空压力下在45℃下干燥至恒重(在再加热时重量变化小于+/-1％重量)。
4.干滤饼是根据下面指定的国家再生能源实验室分析方法(NREL)进行分析。
B.粗含水木质素浆料部分或颗粒固体产物的固体组分
同样的样品制备程序用于发酵物质的固体组分，酒糟分析用于粗含水木质素浆料部分。样品应充分混合和有代表性，应该在过筛后但是下游固液分离阶段之前的点收集。接着上述样品制备程序的性能，干滤饼根据下面指定的国家再生能源实验室分析方法分析。
C.富含碳水化合物的部分,富含矿物质的颗粒固体部分/产物；富含二氧化硅的部分；贫含二氧化硅的部分和富含木质素的固体产物/部分
这些固体部分和产品的样品在105℃下在大气压力下(760绝对毫米汞柱；101.3千帕)烘干，直至达到恒重(再加热时重量变化小于+/-1重量％)。按照下面指定的国家再生能源实验室分析方法分析干燥后的材料。
D.富含木质素的含水部分/溶液和浓缩的富含木质素的含水产物/溶液这些组成可由质量平衡计算或根据上述针对C的程序。
E.NREL分析方法
碳水化合物和木质素的分析使用名称为Determination of StructuralCarbohydrates and Lignin in Biomass,Technical ReportNREL/TP-510-42618(2008年4月修订)的NREL实验室分析程序来进行。无机物的分析使用名称为Determination of Ash in Biomass,Technical ReportNREL/TP-510-42622(2008年1月修订)NREL实验室分析程序来进行。蛋白质的分析可根据名称为Determination of Protein Content in Biomass,Technical Report NREL/TP-510-42625(2008年5月修订)NREL实验室分析程序来进行。总固体的分析使用名称为Determination of Total Solids inBiomass and Total Dissolved Solids in Liquid Process Samples,TechnicalReport NREL/TP-510-42621(2008年3月修订)NREL实验室分析程序来进行。出于所有相关目的，其通过引用并入本文。
实施例
本发明由下面的实施例说明，其仅用于说明的目的，并不能作为限制发明的范围或者它可能实行的方式。
实施例1
这个实施例说明了过滤和洗涤对酒糟样品成分分析的影响。
含有约5％至15重量％固体的玉米秸秆酒糟的浆料是从蒸馏塔底部获得，所述塔用于从发酵物质回收乙醇。从这个浆料，按以下程序制备样品(A，B和C)。
A.酒糟
将50克的酒糟在真空烘箱在45℃和100毫米汞柱(13.3千帕)的绝对终端真空压力下干燥至恒重(再加热时重量变化小于+/-1重量％后)。
B.酒糟饼
在室温下绝对100毫米汞柱(13.3千帕)的终端真空压力下在8微米介质上过滤100克酒糟30分钟。然后滤饼在45℃的温度和100毫米汞柱(13.3千帕)绝对终端真空压力下在真空烘箱中干燥至恒重(再加热时重量变化小于+/-1重量％后)。
C.洗涤的酒糟饼
将100克酒糟在室温下100毫米汞柱(13.3千帕)绝对终端真空压力下在8微米介质上过滤30分钟。100毫升等分去离子水在室温下在100毫米汞柱(13.3千帕)的绝对终端真空压力下通过滤饼30分钟。水洗滤饼在真空干燥箱中在45℃和100毫米汞柱(13.3千帕)绝对终端真空压力下干燥至恒重(再加热时重量变化小于+/-1重量％后)。
根据国家再生能源实验室化验分析程序，分析上述制备的样品的碳水化合物，木质素，无机物，蛋白质，如前面提到的。表1提供了这些方法测定结果的总结。
表1
结果表明，酒糟饼和洗涤的酒糟饼的碳水化合物、木质素、无机物、蛋白质的重量百分比在样品之间变化约1.5重量％或更少。(没洗过的和未过滤的)酒糟样品的测定的百分重量比更大程度变化，特别是碳水化合物(至多约8.5重量％)。这些结果表明，洗涤没有实质性影响酒糟饼样品的组成(其在洗涤之前过滤和干燥)。
实施例2
这个实施例说明了玉米秸秆釜馏物粒径和成分分析之间的关系。
含有约5％至15重量％的固体的玉米秸秆酒糟的浆料从蒸馏塔底部获得，所述塔用于从发酵物质回收乙醇。浆料的温度为约90℃至100℃。冷却浆料以降低浆料温度至约60℃至70℃。
在冷却后，酒糟的浆料的一部分(干重66.25克)被引入到一系列筛子——从美国筛35号(500微米)至美国筛500号(25微米)。通过美国筛No.500筛子的部分在8微米的过滤介质上过滤。通过用100毫升等分去离子水洗涤，从筛子上除去每个筛子上保留的部分。表2列出了每个筛子上保留的材料的成分分析。所有的重量是基于干重。
表2
NA:未分析
成分分析表明，富含碳水化合物的部分保留在美国筛No.70以上，富含木质素的部分保留在美国筛No.100以下。美国筛No.100筛子保留的部分包含相对较高量的无机物，可部分由富含碳水化合物的部分或富含木质素的部分构成。另外，可以去除该部分作为富含无机物的部分，以用于钻探泥浆或混凝土配制物中。
结果还表明在筛的过程中19重量％的材料损失，这是由于使用了相对高数量的筛子。
实施例3
这个实施例说明了用美国第100号筛对玉米秸秆酒糟分类。
300克玉米秸秆酒糟样品从蒸馏塔底部获得，所述塔用于从发酵物质回收乙醇。酒糟样品的总固体含量被确定为36克(12％重量固体)。
酒糟样品被加热到约70℃，缓慢搅拌。加热后的浆料然后铺展装配有底盘的美国筛第100号筛子上。筛子上的材料用约100毫升水(约70℃)洗涤。筛子上的材料然后在真空烘箱中在80℃下干燥。筛子上保留的部分的干重为1.17克。通过筛子的材料用8微米过滤介质过滤，然后用约200毫升水(约70℃)洗涤，以去除大部分溶解的材料。8微米过滤介质上保留的部分的干重为24.81克。表3给出了相较于洗涤的酒糟，保留在筛子上的部分(100部分)的成分分析。结果表明，美国筛100号筛子有效生产富含碳水化合物的部分。
表3
NA:未分析
将滤液倒入一个玻璃烧杯，观察没有被8微米过滤介质保留的不溶性材料的任何沉淀。经过几个小时的观察，没有观察到悬浮的迹象，这表明滤液包含主要水溶性材料。随后滤液在真空烘箱干燥中在45℃干燥。滤液干重计算为9.59克。
由于用一个筛子筛分的物质损失是0.43克或1.2重量％。
实施例4
这个实施例说明了从玉米秸秆酒糟的-100/+8微米部分提取木质素和无机物的方法。
在实施例3中获得的10.07克-100/+8微米部分样品用去离子水重新浆化至在500毫升玻璃烧杯中约5重量％的固体。然后，将10％氢氧化钠溶液(约13毫升)加入到玻璃烧杯中，以提高浆料的pH值至约12.5以溶解木质素。然后浆料加热到约90℃，慢速搅拌。约10分钟之后，在该温度下，让浆料冷却，同时继续非常缓慢地搅拌。当浆料的温度达到50℃，72％硫酸(约0.45毫升)加入到玻璃烧杯中，以降低浆料的pH值至约10以使无机物沉淀。加入72％硫酸之后，搅拌停止，让沉淀的无机物沉积在烧杯底部。
无机物沉淀后，含有溶解的木质素的溶液从无机物倾倒至第二个烧杯中。将水搅拌加入第二个烧杯中(约200毫升，约30℃)。使残留沉淀的无机物沉积，并将包含溶解的木质素的溶液从残留的无机物倾倒至第三个烧杯中。第二个烧杯中沉淀的无机物然后与第一个烧杯的内容物结合以形成无机物部分，器可以进一步进行固液分离或烘干。
随后，第三个烧杯中包含溶解的木质素的溶液被加热到约50℃，并搅拌。然后，另外72％的硫酸(约2.5毫升)加入到烧杯中，以降低溶液的pH值来使木质素沉淀。溶液的温度提高到约80℃，并保持约10分钟，然后才允许降温至约30℃。沉淀的木质素然后使用8微米过滤介质从溶液中分离以生产所需的木质素部分。
表4列出在该实施例中获得的无机物部分和木质素部分的成分分析。结果表明，产生含有较高浓度无机物的部分和含有较高浓度木质素的部分。
表4
实施例5
在这个实施例中，重复实施例4的步骤，除了加入10％氢氧化钠溶液以提高浆料的pH值至约12.5来溶解木质素和无机物，浆料然后被加热到约70℃而不是90℃。
表5列出在该实施例中获得的无机物部分和木质素部分的成分分析。结果表明，产生含有较高浓度无机物的部分和含有较高浓度木质素的部分。
表5
实施例6
这个实施例说明了用美国筛70号筛子对玉米秸秆酒糟分类。
500克玉米秸秆酒糟样品从蒸馏塔中获得，所述塔用于从发酵物质回收乙醇。酒糟样品的总固体含量被确定为66.25克(13.25重量％固体)。
酒糟样品被加热到约70℃，缓慢搅拌。加热后的浆料然后铺展在装有底部盘的美国筛第70号筛子上。用约150毫升水(约70℃)洗涤筛子上的材料。筛子上的材料然后在真空烘箱中在80℃干燥。筛子上保留的部分的干重为7.88克。通过筛子的材料用8微米过滤介质过滤，然后用约300毫升水(约70℃)洗涤，以去除大部分溶解的材料。8微米过滤介质上保留的部分的干重为36.62克。表5给出了筛子保留的部分(+70部分)和通过筛子但保留在8微米过滤介质的部分(-70/+8微米部分)的成分分析。结果表明，美国筛70号筛子有效生产富含碳水化合物的部分和富含木质素的部分。
表6
NA:未分析
由于用一个筛子筛分的物质损失是11.59克或17.50重量％。
实施例7
这个实施例说明了从玉米秸秆酒糟的-70/+8微米部分提取木质素和无机物的方法。
将由实施例6获得的10.02克-70/+8微米部分样品用去离子水重新浆化至500毫升玻璃烧杯中约5重量％固体。然后将10％氢氧化钠溶液(约10.7毫升)加入到玻璃烧杯，以提高浆料的pH值至约12.8来溶解木质素和无机物。浆料然后加热到约90℃，慢速搅拌。约10分钟之后，在该温度下，让浆料冷却，同时继续非常缓慢地搅拌。当浆料的温度达到50℃，将96％硫酸(约0.3毫升)加入到玻璃烧杯，以降低浆料的pH值至约10来沉淀无机物。加入96％硫酸之后，停止搅拌，让沉淀的无机物沉积在烧杯底部。
在无机物沉淀后，含有溶解的木质素的溶液从无机物倾倒至第二个烧杯中。将水(约200毫升，约30℃)搅拌加入第二个烧杯中。使残留沉淀的无机物沉积，并将包含溶解的木质素的溶液从残留的无机物倾倒至第三个烧杯中。第二个烧杯中沉淀的无机物然后与第一个烧杯的内容物结合，形成无机物部分。
随后，第三个烧杯中包含溶解的木质素的溶液被加热到约50℃，并搅拌。然后，另外的96％硫酸(约1.8毫升)加入到烧杯中以降低溶液的pH值至约1.8来沉淀木质素。溶液的温度提高到约80℃，并保持约10分钟，然后才允许降温至约30℃。沉淀的木质素然后使用8微米过滤介质从溶液中分离以生产所需的木质素部分。
表7列出该实施例中获得的无机物部分和木质素部分的成分分析。结果表明，产生含有较高浓度无机物的部分和含有较高浓度木质素的部分。
表7
当介绍本发明的元素或其优选实施方案时，冠词"一个","一种","该"和"所述"旨在表示存在一种或多种元素。术语"包含","包括","含有"和"具有"旨在包括和表示除了所述元素之外可存在另外的元素。
鉴于以上所述，实现本发明的多个目标并且达到其他有利结果。
在不偏离本发明的范围的条件下可以对上述组成和方法做出多种改变，旨在上述说明书和所附附图中所示的所有物质应该理解为示意性的，而不是具有限制性的意思。详细描述了本发明，将明白，在不偏离所附权利要求书所限定的范围的前提下，可以进行修改和改变。
Claims (115)
1.一种从制备乙醇中获得的发酵物质中回收有价值物的方法，所述发酵物质包含其中混悬固体组分的含水介质，该方法包括：
使所述发酵物质的固体组分分类以回收：相对于所述发酵物质的固体组分的碳水化合物含量，富含碳水化合物的固体部分；以及相对于所述富含碳水化合物的固体部分的木质素含量，包含富含木质素的固体组分的粗含水木质素浆料部分。
2.权利要求1所述的方法，其中在所述分类之前，该方法包括：
使包含乙醇的发酵物质进行固液分离，从而使包含乙醇的液体部分从包含所述发酵物质的固体组分的发酵固体部分中分离。
3.权利要求2所述的方法，其中该方法还包括：
使所述发酵固体部分接触提取溶剂，从而提取其中携出的残留乙醇；以及
通过加热所述发酵固体部分至至少60℃的温度，使所述发酵固体部分灭菌。
4.权利要求3所述的方法，其中所述提取溶剂包括水。
5.权利要求3所述的方法，其中所述提取溶剂包含在制备乙醇的方法中从蒸馏阶段获得的酒槽水。
6.权利要求5所述的方法，其中所述酒槽水提供加热所述发酵固体部分用于灭菌所需要的至少一部分热值。
7.权利要求3所述的方法，其中所述发酵固体部分加热至90℃至95℃的温度。
8.权利要求3所述的方法，其中该方法还包括：
使所述发酵固体部分从包含残留乙醇的提取溶剂中分离。
9.权利要求8所述的方法，其中该方法还包括：
将包含残留乙醇的提取溶剂转移至制备乙醇的方法中的蒸馏阶段。
10.权利要求1所述的方法，其中在所述分类之前，至少一部分所述发酵物质进行蒸馏以回收乙醇，所述发酵物质的固体组分保留在来自所述蒸馏的釜馏物中。
11.权利要求1所述的方法，其中所述发酵物质得自从生物质原料制备乙醇的方法。
12.权利要求1所述的方法，其中所述发酵物质得自从选自玉米秸秆,谷物秸秆,柳枝稷及其混合物的生物质原料制备乙醇的方法。
13.权利要求1所述的方法，其中所述发酵物质得自从包含木质生物质的生物质原料制备乙醇的方法。
14.权利要求1所述的方法，其中所述发酵物质得自从玉米粒制备乙醇的方法。
15.权利要求14所述的方法，其中所述发酵物质的固体组分得自酒糟。
16.权利要求1所述的方法，其中所述发酵物质含有5重量％至20重量％的固体。
17.权利要求10所述的方法，其中所述釜馏物含有5重量％至20重量％的固体。
18.权利要求10所述的方法，该方法包括：使所述釜馏物的固体组分分类以回收：相对于所述釜馏物的固体组分的碳水化合物含量，富含碳水化合物的固体部分；以及相对于所述富含碳水化合物的固体组分的木质素含量，包含富含木质素的固体组分的粗含水木质素浆料部分。
19.权利要求1所述的方法，其中所述发酵物质的固体组分在包含至少一个筛网的筛网分离***中分类。
20.权利要求1所述的方法，其中所述富含碳水化合物的固体部分的粒径为使得所述部分保留在具有150μm至210μm的开口的筛网上。
21.权利要求1所述的方法，其中所述富含碳水化合物的固体部分的粒径为使得所述部分保留在筛目尺寸为美国筛No.100(150μm)至美国筛No.70(210μm)的筛网上。
22.权利要求1所述的方法，其中所述粗含水木质素浆料部分的所述富含木质素的固体组分的粒径为使得所述粗含水木质素浆料部分穿过具有150μm至210μm的开口的筛网。
23.权利要求1所述的方法，其中所述粗含水木质素浆料部分的所述富含木质素的固体组分的粒径为使得所述粗含水木质素浆料部分穿过筛目尺寸为美国筛No.100(150μm)至美国筛No.70(210μm)的筛网。
24.权利要求1所述的方法，其中所述富含碳水化合物的固体部分的至少一部分循环回到制备乙醇的方法中的生物质预处理阶段。
25.权利要求1所述的方法，其中该方法包括将所述富含碳水化合物的固体部分或其稀释物的至少一部分加入固体处理***。
26.权利要求25所述的方法，其中所述固体处理***包括螺旋输送器。
27.权利要求1所述的方法，包括将所述发酵物质的固体组分或其稀释物加入包含具有渐进减小的尺寸的开口的连续筛子的一系列分类筛子的第一个，并且使液相穿过整个系列的筛子，从而回收：(a)在所述系列的筛子的第一个上的包含来自所述发酵物质的固体组分的富含碳水化合物的固体部分的粗颗粒；(b)包含富含无机物的固体部分的中间体颗粒；以及(c)相对于液体流动方向，在所述第一筛子下游的连续筛子上，包含富含木质素的固体部分的一个或多个渐进微细的颗粒，并且提供离开最后筛子的液体部分。
28.权利要求10所述的方法，包括将所述釜馏物加入包含具有渐进减小的尺寸的开口的连续筛子的一系列分类筛子的第一个，并且使液相穿过整个系列的筛子，从而回收：(a)在所述系列的筛子的第一个上的包含来自所述釜馏物的富含碳水化合物的固体部分的粗颗粒；(b)包含富含无机物的固体部分的中间体颗粒；以及(c)相对于液体流动方向，在所述第一筛子下游的连续筛子上，包含富含木质素的固体部分的一个或多个渐进微细的颗粒，并且提供离开最后筛子的液体部分。
29.权利要求27所述的方法，其中所述中间体颗粒穿过开口为210μm的筛子，但是保留在开口为150μm的筛子上。
30.权利要求27所述的方法，其中所述中间体颗粒穿过筛目尺寸为美国筛No.70(210μm)的筛子，但是保留在筛目尺寸为美国筛No.100(150μm)的筛子上。
31.权利要求27所述的方法，其中所述最后筛子的开口不大于100μm。
32.权利要求27所述的方法，其中所述最后筛子的开口为45μm至100μm。
33.权利要求1所述的方法，包括将所述发酵物质的固体组分或其稀释物加入包含筛子的筛网分离***，所述筛子的尺寸为除去包含富含碳水化合物的部分的粗颗粒，使液相穿过所述筛子，同时使所述粗颗粒保留在所述筛子上，从而从所述筛网分离***除去粗含水木质素浆料，所述粗含水木质素浆料部分包含所述富含木质素的固体组分，并且使所述浆料进行进一步固液分离，从而使所述富含木质素的固体组分从液体部分分离。
34.权利要求10所述的方法，包括将所述釜馏物加入包含筛子的筛网分离***，所述筛子的尺寸为除去包含富含碳水化合物的部分的粗颗粒，使液相穿过所述筛子，同时使所述粗颗粒保留在所述筛子上，从而从所述筛网分离***除去粗含水木质素浆料，所述粗含水木质素浆料部分包含所述富含木质素的固体组分，并且使所述浆料进行进一步固液分离，从而使所述富含木质素的固体组分从液体部分分离。
35.权利要求1所述的方法，其中该方法还包括：
使包含富含木质素的固体组分的粗含水木质素浆料部分进行固液分离，从而使所述富含木质素的固体组分从液体部分分离。
36.权利要求33所述的方法，其中所述固液分离包括过滤。
37.权利要求36所述的方法，其中过滤包括使包含富含木质素的固体组分的粗含水木质素浆料穿过孔径为8μm至25μm的过滤介质，并且使所述富含木质素的固体组分保留在所述介质上。
38.权利要求37所述的方法，其中所述过滤介质的孔径为8μm。
39.权利要求33所述的方法，其中所述固液分离包括离心。
40.权利要求27所述的方法，其中所述液体部分包含可溶性糖，并且所述液体部分的至少一部分循环回到制备乙醇的方法中的生物质预处理阶段或发酵阶段。
41.权利要求1所述的方法，其中所述富含木质素的固体组分包含30重量％至50重量％木质素和不大于15重量％碳水化合物。
42.权利要求1所述的方法，其中所述富含木质素的固体组分包含0.1重量％至15重量％碳水化合物。
43.权利要求1所述的方法，其中所述富含木质素的固体组分包含4重量％至10重量％碳水化合物。
44.权利要求1所述的方法，其中所述富含木质素的固体组分包含35重量％至45重量％木质素。
45.权利要求1所述的方法，其中所述富含木质素的固体组分包含30重量％至55重量％无机物。
46.权利要求1所述的方法，其中所述富含木质素的固体组分包含35重量％至55重量％无机物。
47.权利要求1所述的方法，其中所述富含木质素的固体组分包含40重量％至50重量％无机物。
48.权利要求45所述的方法，其中所述无机物内容物包含60重量％至80重量％二氧化硅。
49.权利要求1所述的方法，其中所述富含木质素的固体组分包含0.1重量％至5重量％无机物。
50.权利要求1所述的方法，其中所述富含木质素的固体组分包含不大于1重量％水溶性糖。
51.权利要求1所述的方法，其中该方法还包括：
使所述富含木质素的固体组分接触pH为11.5至13的含水介质中的碱，并且使所述固体部分中含有的木质素溶解于所述含水介质中，从而制备包含溶解的木质素的含水碱性提取部分。
52.权利要求51所述的方法，其中使所述富含木质素的固体组分接触pH为11.5至13的含水介质中的碱还使所述固体组分中含有的无机物溶解于所述含水介质中。
53.权利要求51所述的方法，其中所述含水介质的pH为12至13。
54.权利要求51所述的方法，其中所述碱选自氢氧化钠,氢氧化钙,氢氧化钾和氢氧化铵。
55.权利要求51所述的方法，其中所述含水介质还包含纤维素防护剂。
56.权利要求55所述的方法，其中所述纤维素防护剂包含选自蒽醌,MgCl2,MgCO3,Mg(OH)2及其组合的保护剂。
57.权利要求51所述的方法，其中该方法还包括：
在使所述富含木质素的固体组分接触含水介质中的碱之前或过程中，使所述含水介质的温度升到70℃至120℃；
保持所述含水介质的温度在该温度范围内，同时连续搅拌使木质素继续溶解；以及此后
使所述介质的温度降低到40℃至60℃。
58.权利要求51所述的方法，其中所述含水碱性提取部分包含溶解的木质素和溶解的无机物，该方法还包括：
使所述含水碱性提取部分的pH降低到7至11，并且使无机物固体从所述含水碱性提取部分中沉淀，从而制备包含颗粒无机物固体和溶解的木质素的浆料。
59.权利要求58所述的方法，其中所述含水碱性提取部分的pH降低到9至10。
60.权利要求58所述的方法，其中降低所述含水碱性提取部分的pH包括添加选自硫酸,盐酸,磷酸和二氧化碳的酸化剂。
61.权利要求60所述的方法，其中所述酸化剂包括二氧化碳。
62.权利要求61所述的方法，其中至少一部分二氧化碳得自从生物质原料制备乙醇的方法。
63.权利要求58所述的方法，其中该方法还包括：
使包含颗粒无机物固体和溶解的木质素的浆料进行固液分离，以使所述颗粒无机物固体从所述浆料分离，从而制备包含无机物固体的富含矿物质的颗粒固体部分和包含溶解的木质素的富含木质素的含水部分。
64.权利要求63所述的方法，其中所述固液分离包括离心。
65.权利要求63所述的方法，其中所述富含木质素的含水部分包含基于不含碱金属和水70重量％至90重量％木质素、基于不含碱金属和水不大于10重量％无机物、和基于不含碱金属和水不大于10重量％碳水化合物。
66.权利要求63所述的方法，其中所述富含木质素的含水部分包含基于不含碱金属和水0.1重量％至10重量％无机物。
67.权利要求63所述的方法，其中所述富含木质素的含水部分包含基于不含碱金属和水5重量％至10重量％无机物。
68.权利要求63所述的方法，其中所述富含木质素的含水部分包含基于不含碱金属和水0.1重量％至10重量％碳水化合物。
69.权利要求63所述的方法，其中所述富含木质素的含水部分包含基于不含碱金属和水5重量％至10重量％碳水化合物。
70.权利要求63所述的方法，其中所述富含矿物质的颗粒固体部分包含基于干重55％至75％二氧化硅、基于干重25％至35％非二氧化硅无机物、基于干重不大于15％木质素、和基于干重不大于10％碳水化合物。
71.权利要求63所述的方法，其中所述富含矿物质的颗粒固体部分包含基于干重60％至70％二氧化硅。
72.权利要求63所述的方法，其中所述富含矿物质的颗粒固体部分包含基于干重0.1％至15％木质素。
73.权利要求63所述的方法，其中所述富含矿物质的颗粒固体部分包含基于干重1％至15％木质素。
74.权利要求63所述的方法，其中所述富含矿物质的颗粒固体部分包含基于干重不大于10％木质素。
75.权利要求63所述的方法，其中所述富含矿物质的颗粒固体部分包含基于干重0.1％至10％碳水化合物。
76.权利要求63所述的方法，其中所述富含矿物质的颗粒固体部分包含基于干重1％至10％碳水化合物。
77.权利要求63所述的方法，其中所述富含矿物质的颗粒固体部分包含基于干重不大于5％碳水化合物。
78.权利要求63所述的方法，其中所述富含矿物质的颗粒固体部分包含的粒径分布为使得至少85重量％穿过筛目尺寸为美国筛No.70(210μm)的筛子，并且不大于45重量％的部分穿过筛目尺寸为美国筛No.325(45μm)的筛子。
79.权利要求63所述的方法，其中所述富含矿物质的颗粒固体部分包含的粒径分布为使得至少80重量％穿过筛目尺寸为美国筛No.100(150μm)的筛子，并且不大于40重量％的部分穿过筛目尺寸为美国筛No.325(45μm)的筛子。
80.权利要求64所述的方法，其中该方法还包括：
使所述富含矿物质的颗粒固体部分或其稀释物进行第二离心分离，以从残留的颗粒固体分离二氧化硅，从而产生富含二氧化硅的部分和贫含二氧化硅的部分。
81.权利要求63所述的方法，其中该方法还包括使所述富含矿物质的颗粒固体部分经历干燥阶段。
82.权利要求80所述的方法，其中该方法还包括使所述富含二氧化硅的产物部分经历干燥阶段。
83.权利要求80所述的方法，其中该方法还包括使用过氧化氢洗涤所述富含二氧化硅的产物部分。
84.权利要求80所述的方法，其中该方法还包括使所述贫含二氧化硅的部分经历干燥阶段。
85.权利要求63所述的方法，其中该方法还包括：
使包含溶解的木质素的富含木质素的含水部分接触足够比例的酸化剂，以使所述产物部分的pH降低到木质素沉淀的值，从而制备包含沉淀的木质素的浆料。
86.权利要求85所述的方法，其中所述包含溶解的木质素的富含木质素的含水部分的pH降低到1.5至2.5。
87.权利要求85所述的方法，其中所述酸化剂选自硫酸,盐酸和磷酸。
88.权利要求85所述的方法，其中该方法还包括：
使包含沉淀的木质素的浆料进行固液分离以使所述木质素从所述浆料分离，从而制备富含木质素的固体产物部分和包含所述酸化剂的残留液体部分。
89.权利要求88所述的方法，其中该方法还包括使所述富含木质素的固体产物部分经历干燥阶段。
90.权利要求88所述的方法，其中所述富含木质素的固体产物部分包含基于干重至少50％木质素、基于干重不大于20％无机物、和基于干重不大于10％碳水化合物。
91.权利要求88所述的方法，其中所述富含木质素的固体产物部分包含基于干重0.1％至10％碳水化合物。
92.权利要求88所述的方法，其中所述富含木质素的固体产物部分包含基于干重1％至10％碳水化合物。
93.权利要求88所述的方法，其中所述富含木质素的固体产物部分包含基于干重0.1％至20％无机物。
94.权利要求88所述的方法，其中所述富含木质素的固体产物部分包含基于干重1％至20％无机物。
95.权利要求88所述的方法，其中所述富含木质素的固体产物部分包含基于干重60％至90％木质素。
96.权利要求88所述的方法，其中所述富含木质素的固体产物部分包含的粒径分布为使得至少85重量％穿过筛目尺寸为美国筛No.70(210μm)的筛子，并且不大于45重量％的部分穿过筛目尺寸为美国筛No.325(45μm)的筛子。
97.权利要求88所述的方法，其中所述富含木质素的固体产物部分包含的粒径分布为使得至少80重量％穿过筛目尺寸为美国筛No.100(150μm)的筛子，并且不大于40重量％的部分穿过筛目尺寸为美国筛No.325(45μm)的筛子。
98.权利要求88所述的方法，其中该方法还包括:
使至少一部分所述富含木质素的固体产物部分接触pH为11.5至13的含水介质中的碱，并且使所述固体部分中含有的木质素溶解于所述含水介质中，从而制备包含溶解的木质素的含水介质；
使包含溶解的木质素的含水介质接触足够比例的酸化剂，以使所述介质的pH降低到木质素沉淀的值；以及
在固液分离中使所述沉淀的木质素从所述含水介质分离，从而制备增加的富含木质素的固体产物部分和包含所述酸化剂的残留液体部分。
99.权利要求98所述的方法，其中所述包含溶解的木质素的含水介质的pH降低到1.5至2.5。
100.权利要求88所述的方法，其中至少一部分所述包含酸化剂的残留液体部分循环用于降低所述含水碱性提取部分的pH。
101.权利要求98所述的方法，其中该方法还包括使所述增加的富含木质素的固体产物部分经历干燥阶段。
102.权利要求63所述的方法，其中该方法还包括：
浓缩至少一部分所述包含溶解的木质素的富含木质素的含水部分，从而制备浓缩的富含木质素的含水产物部分。
103.权利要求102所述的方法，其中所述浓缩的富含木质素的含水产物部分包含8重量％至20重量％木质素、不大于1重量％无机物、和不大于0.5重量％碳水化合物。
104.权利要求102所述的方法，其中所述浓缩的富含木质素的含水产物部分包含10重量％至15重量％木质素。
105.权利要求102所述的方法，其中所述浓缩的富含木质素的含水产物部分包含0.1重量％至1重量％无机物。
106.权利要求102所述的方法，其中所述浓缩的富含木质素的含水产物部分包含0.5重量％至1重量％无机物。
107.权利要求102所述的方法，其中所述浓缩的富含木质素的含水产物部分包含不大于0.4重量％无机物。
108.权利要求102所述的方法，其中所述浓缩的富含木质素的含水产物部分包含0.05重量％至0.5重量％碳水化合物。
109.权利要求102所述的方法，其中所述浓缩的富含木质素的含水产物部分包含不大于0.2重量％碳水化合物。
110.权利要求102所述的方法，其中所述浓缩的富含木质素的含水产物部分的pH为7至11。
111.权利要求1所述的方法，其中该方法还包括：
使粗含水木质素浆料部分接触溶剂，从而制备包含溶解的木质素的提取物。
112.权利要求111所述的方法，其中所述溶剂包括有机溶剂。
113.权利要求111所述的方法，其中所述溶剂包括选自乙醇,甘油,丙酮及其混合物的有机溶剂。
114.权利要求111所述的方法，其中所述溶剂包括离子溶剂。
115.权利要求111所述的方法，其中该方法还包括使所述包含溶解的木质素的提取物进行分离，以使所述木质素从所述溶剂分离。
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