CN103797186B - 木质纤维素生物质的二级连续预处理 - Google Patents
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Abstract
披露了以两个预处理级为生物燃料生产工艺的部分的一种预处理生物质的方法。第一级预处理是在105至150psig的第一级压力下通过将该生物质加热至140℃至180℃的第一级温度持续30分钟至2小时的第一级时间进行的；并且第二级是在167至262psig的第二级压力下通过将该生物质加热至190℃至210℃的第二级温度持续2至10分钟的第二级时间进行的。在第一预处理级之前可通过常压蒸汽加热并调整生物质的含水量使生物质进行最初的调节。优选地半纤维素和下游水解以及发酵的抑制剂（抑制化合物）是在第一和第二预处理级之间被去除的，更优选地是在每次预处理级之后。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求了于2011年7月28日提交的美国临时专利申请号61/512,723的优先权的权益，将其通过引用以其全文结合在此。
发明领域
本发明涉及用于将纤维素和半纤维素部分转化为乙醇或其他化学品的木质纤维素生物质的制备。具体地，本发明涉及一种用于预处理木质纤维素生物质的二级连续工艺。
现有技术背景和说明
对由可再生原料制造的运输燃料有着不断增长的需求。这些可再生燃料取代化石燃料，导致温室气体排放的减少，连同其它益处（1-3）。
在北美，燃料乙醇是主要的运输燃料。在北美，用于燃料乙醇的原料主要是玉米。玉米包含淀粉，淀粉水解为葡萄糖并且然后发酵为乙醇。在其他国家，例如巴西，燃料乙醇是通过将甘蔗中的糖进行发酵来制造。有利的是，具有用来制造额外的生物燃料的一种额外的糖（像葡萄糖）来源（4-10）。
在困难谱的另一端是纤维素。纤维素是地球上最丰富的有机材料之一。它以生物质的许多形式存在，包括像玉米秸秆和玉米芯之类的农业残余物、木质残余物以及其他植物材料。纤维素是一种葡萄糖聚合物，正如淀粉一样。
木质纤维素生物质由三种构成植物细胞壁的主要聚合物组成：纤维素、半纤维素和木质素。纤维素纤维是被锁在半纤维素和木质素的一个刚性结构中。木质素和半纤维素类形成化学连接的复合物，这些复合物结合水溶性半纤维素类成为一种三维阵列，由木质素粘合在一起。木质素覆盖了这些纤维素微原纤维，并且保护它们免于酶促降解和化学降解。这些聚合物为植物细胞壁提供了强度和对降解的抗性，这使得使用木质纤维素生物质作为用于生物燃料生产的底物的用途成为一种挑战（11）。
本发明确切地目标是将源自木质纤维素生物质的组分的整体价值最大化。出于许多目的，纯化的纤维素是有价值的，纯化的纤维素可以被用于制造用于纺织品、玻璃纸和许多基于纤维素的化学产品（例如CMC、HEC、MCC等）的粘性纤维。确切地，当被纯化时，它可以比在以前的工艺中更容易被水解成葡萄糖，该葡萄糖反过来可以更容易被发酵成乙醇。半纤维素具有作为用于乙醇生产的原料以及还作为其他材料（例如木糖醇、生物活性食品成分和塑料）生产的前体的价值。木质素是可回收的并用作用于大量工业化学品（例如分散剂、粘合剂、碳化膜、以及苯酚替代物）的基础。在成功将木质纤维素转化为化学品中的一个重要的步骤是对该生物质进行调节和预处理以增加反应性并从该生物质中分离毒素和半纤维素。
已经调研了用于预处理木质纤维素材料以便产生反应性纤维素的若干方法。这些方法被分类为物理预处理、生物预处理以及物理化学预处理（21，22）。仅物理和生物方法是不充分的。组合了化学工艺和物理工艺两者的预处理被称为物理化学工艺（26）。这些方法是处于最有效的方法之中，并且包括用于工业应用的最有前景的工艺。木质素去除和半纤维素水解经常是几乎完全的。纤维素表面积增加、纤维素聚合度和结晶度减小极大地增加整体纤维素反应性。处理速率通常是快速的。蒸汽爆破工艺是文档齐全的。由多个若干小组和公司在实验室和中试规模中测试了分批和连续的工艺（37，38）。在蒸汽爆破预处理中，使用了高压和因此的高温，即160摄氏度至260摄氏度持续1min至20min）（21，17-23）。突然减小该压力，其爆炸性解压导致这些材料的一个爆炸性减压，导致这些木质纤维素纤维去纤维化。
蒸汽爆破预处理已经被成功地应用于广范围的具有或不具有化学添加的木质纤维素生物质（11，20，42-44）。乙酸、稀硫酸或二氧化硫是最常见使用的化学品。在自水解过程中不添加酸，因为该生物质具有半纤维素，其中有高的乙酰基，在气蒸过程中该乙酰基被释放形成乙酸。半纤维素乙酰化程度在生物质的不同源之间是变化的的。该预处理在溶解木质素中是无效的，但它能使该木质素结构破裂并且增加纤维素对酶性水解的易受性（11，38，45）。
使用液氨代替稀酸有效地减少了木质纤维素材料的木质素部分（46）。然而，在氨纤维爆破预处理（AFEX）期间，木质素的酚醛片段的一部分和其他细胞壁提取物停留在该纤维素的表面。如果与稀酸预处理相比，AFEX预处理没有显著地溶解半纤维素。因此，半纤维素和纤维素部分保持完整并且在固体和液体流中不可被分开（47）。此外，在预处理之后为了减少成本并保护环境必须回收氨（48）。
在有机溶剂型工艺中，将木质纤维素与有机溶剂和水的混合物进行混合并加热以溶解该木质素和部分半纤维素，在固相中留下反应的纤维素（55，56）。已经使用了多种有机溶剂，例如醇类、酯类、酮类、二醇类、有机酸类、酚类、以及醚类。因经济原因，已经优待使用低分子量醇类，例如乙醇和甲醇（20，57）。有机溶剂工艺的缺陷是具有木质素的半纤维素的存在。现有技术有机溶剂工艺的大量的综述在―有机溶剂制浆‖-―A review anddistillation study related to peroxyacid pulping（过氧酸制浆相关评论和精华研究）‖中给出（58）。
在Pazner（帕茨纳）和Chang（昌）（59，60）获专利的工艺中,通过在从180摄氏度至220摄氏度的压力下用承载了按重量计的从0.05至0.25%的酸的一种丙酮-水溶剂混合物将木质纤维素生物质糖化以将戊聚糖和己聚糖转化为糖。全部木质材料几乎都被产生混合的戊糖和己糖的过程溶解。脱木质化浆被水解为需要从该液体中回收的葡萄糖单体。
Alcell（奥塞尔）制浆工艺以及其他工艺发展已经在应用于木质生物质上有了有限的成功的应用（61-64）。这些工艺的问题是它们导致合并的半纤维素和木质素流，即难以在之后分离的黑液。木质素从一种黑液中沉淀，该黑液是通过制浆木材在高温和高压下用一种水性低级脂肪醇溶剂产生的，即木质素是通过用水和一种酸稀释该黑液而沉淀的，以形成一种具有少于3的pH和少于30%的醇含量的溶液。
木质纤维素生物质的预处理被计划为单一的、最昂贵的加工步骤，代表了约20%的总成本（65）。此外，预处理类型和条件将对整个转化工艺中所有其他主要的操作，从选择原料到粉碎、水解、和发酵连同产品回收、残余物加工、以及共产品潜力产生影响。已经调查了多年的涉及生物、化学、物理、以及热方法的多个不同预处理，但目前仅采用了化学处理的那些提供了对经济成功至关重要的高产率和低成本。其中最有前景的是使用了稀酸或二氧化硫催化的蒸汽爆破和低分子量醇类的预处理。
所述的所有这些工艺都具有来自该生物质的葡萄糖、半纤维素和木质素的产率最大化的问题。我们的发明通过增加作为可溶的化合物的半纤维素的产率以及通过降解为糖醛来最小化半纤维素的损失而克服了这些问题中的一些。
用于从木质纤维素生物质生产乙醇的标准生物燃料生产工艺包括以下步骤：调节、蒸汽预处理、将纤维素酶水解为葡萄糖、将葡萄糖发酵为乙醇并对发酵的啤酒进行蒸馏以回收乙醇。此外，该工艺必须提供半纤维素部分的回收和利用。成功的关键参数是最小化用来将纤维素转化为葡萄糖的酶的使用，同时最大化该半纤维素部分的回收。
发明概述
本发明的诸位发明人现在已经发现，现有技术的生物燃料工艺的至少一个缺点可以通过以二级而不是因为方便的一个单个预处理级来预处理该生物质而被改善。
本发明的工艺总体上包括在比第二级预处理更低温度和压力下的一个第一级预处理。具体地，根据本发明的工艺包括：在第一级中，在105至150psig的第一级压力下通过将该生物质加热至140℃至180℃的第一级温度持续30分钟至2小时的第一级时间，对该生物质进行预处理；以及在第二级中通过，在167至262psig的第二级压力下通过将该生物质加热至190℃至210℃的第二级温度持续2至10分钟的第二级时间对该生物质进行预处理。
优选地，该工艺进一步包括在第一级之前通过常压蒸汽加热和调整该生物质的含水量进行调节的步骤。
优选地，该第一级进一步包括添加水、硫酸、二氧化硫、乙酸和/或其他酸以及一种化学催化剂。优选地半纤维素和下游水解以及发酵的抑制剂（抑制化合物）是在第一级预处理和第二级预处理之间被去除的。
在一个实施例中，该第一级预处理是在140℃至170℃的温度下持续50分钟至2小时的时间来进行的。
在另一个实施例中，该第二级预处理是在200℃至210℃的温度下持续3分钟至8分钟来进行的。
优选地，半纤维素和下游水解以及发酵的抑制剂的去除是通过在一种组合式螺杆装置、一种螺旋压榨机或任一种等效的装置中对该生物质进行挤压实施的。
在另一个实施例中，本发明的工艺包括在第二级预处理之后对该生物质进行挤压以进一步去除半纤维素和下游水解以及发酵的抑制剂的后续步骤。
在仍另一个实施例中，该第一级温度是150℃，该第一级压力是105psig，并且该第一级时间是55min。优选地，该第二级温度是205℃，该第二级压力是235psi，并且该第二级时间是6.7分钟。
在仍另一个实施例中，调节步骤包括：在大气压下用蒸汽将该生物质加热10至60分钟；将该生物质进行挤压和沥干以去除包含对下游水解和发酵不利的毒素（例如脂肪酸、和/或树脂）的液体；在第一级之前，均匀地添加水和用户选定的催化剂以将该生物质调整到65%至80%的含水量。
优选地，催化剂是硫酸，是按该生物质的重量计的在0.5%至2%之间的浓度添加的。
在仍另一个实施例中，含水量是生物质的按重量计的70%-75%，并且在调节步骤中，生物质被加热至90℃-100℃持续15至30分钟。优选地，挥发性气体是在调节步骤中用蒸汽加热生物质的步骤期间释放的。
附图简要说明
图1示出了进行本申请中所述工艺的一个示例性的系统。
优选实施方案的详细说明
典型地，生物质被接收以处于一种半干状态下，该半干状态具有低于50%、并且低至10%的含水量。例如，玉米芯通常是在玉米已经在田地中干燥至15%-35%的含水量之后获得的。
到达处理工厂时，木素纤维素生物质，例如木片、玉米芯、玉米秸秆、麦秸、柳枝稷、蔗渣、芒属等被剁碎至一种方便的尺寸。然后生物质具有约1英寸的长度。在一个实施例中，水被添加至该生物质中以改善来自在该预处理步骤中添加的蒸汽的热传递。
在一个典型工艺步骤中，在预处理之前在大气压下原料被预汽蒸10至60分钟的时间段。在预汽蒸期间，温度升高并且不可冷凝的气体，例如空气被驱出。
在一个实施例中，然后润湿的预汽蒸的原料可通过将其在螺旋压榨机或类似装置中挤压而被加压以将该压力升高至该预处理工艺第1级的压力。在该挤压工艺期间，这些液体中的一些连同对下游处理产生不利影响的可提取的化合物，例如脂肪酸、妥尔油、和树脂被去除。
然后将生物质经历预处理的第一级，其中典型地使用高压蒸汽以将该温度升高至140-180摄氏度并保持等于30至120分钟。
在该第一级预处理之后，洗涤该仍处于压力下的生物质并将其进行挤压以去除富含溶解的半纤维素的部分，该部分抑制下游处理。然后输送入预处理的第二期，其中使用高压蒸汽以将该温度升高至190-210摄氏度持续2-8分钟，在这之后将其快速减压并转移至下游处理典，型地是酶水解。
在第二预处理步骤之后，在减压之前，生物质任选地经受第二次水洗涤以及挤压步骤。
制备减压的纯化的纤维素用于下游处理，例如酶水解和发酵为乙醇。
发现该半纤维素洗涤蒸汽不需要进一步的水解或少于一个单级处理的此类蒸汽，并可以被浓缩，并且然后被直接输送到一个下游处理，例如发酵为乙醇，更优选地与纤维素水解产物共发酵。
整体上，发现使用一个2步骤预处理工艺是优于一个单独步骤工艺的，因为它回收了更多的半纤维素并需要更少的对该半纤维素的后处理。
例如。如图1中所示，经改变大小的生物质10被输送至一个汽蒸箱或容器30中。典型地，生物质被接收，用于在一种半干状态下进行处理，该半干状态具有低于50%、并且低至10%的含水量。例如，玉米芯通常是在玉米已经在田地中干燥至15%-35%的含水量之后获得的。到达处理工厂时，生物质，例如玉米芯，被剁碎至一种方便的尺寸。典型地，生物质被剁碎至约1英寸的长度。可以将水添加至这种经改变大小的生物质，从而在调节工艺中在蒸汽加热步骤之前提升含水量。
接近该容器的底部，在一个或多个点，将蒸汽20注入，以对这种经改变大小的生物质10进行加热。空气、蒸汽以及不可冷凝的气体从一种接近容器30顶部的排气孔35排放。当蒸汽20驱动对容器30的加热时，这种经改变大小的生物质10吸收水分并且变得均匀地载有水分。在汽蒸期间，温度升高并且不可冷凝的气体被驱出。在一个实施例中，用蒸汽在大气压下将这种经改变大小的生物质10加热到80至100摄氏度，持续10至60分钟的时间。在一个实施例中，更优选地是90-99摄氏度。
将蒸汽加热的生物质从容器30的底部取出并进料至任一类型的压缩或挤压装置40，例如螺旋压榨机、组合式螺杆装置（MSD）、等中。可以设想的是，任何对生物质进行挤压或压缩的装置都可以用于对该生物质进行压缩并且将提取的流体排出。在一个实施例中，挤压装置40以2-1至6-1、并且最优选是4-1的的压缩比对这种经蒸汽加热的生物质进行挤压。挤压装置40具有用以排放气体的排气孔50（如有必要的话）、以及用以排出抑制性提取物的排放管55，这些抑制性提取物是从这种经蒸汽加热的生物质中挤压出的。在该挤压工艺期间，从这种经蒸汽加热的生物质中去除一部分液体，连同对在乙醇制造中的下游处理步骤产生不利影响的化合物，例如树脂类、妥尔油类和脂肪酸类。这些化合物也对其他工艺不利。
然后，将经挤压的生物质45进料至一种混合装置70。混合装置70将这种经挤压的生物质45通过入水口66与可任选添加的水，和/或通过催化剂入口65与可任选添加的催化剂混合。在一个实施例中，催化剂是酸，并且按体积计，其浓度范围可以是从0与5%之间，并且生物质水含量范围是按重量计从60%至80%。在一个实施例中，可以恰好在对挤压装置40进行卸料时，并入这个混合步骤。在一个实例中，一种适合的混合装置70可以像沿着挤压装置40的出口的一个或多个注入或添加点一样简单。这是可操作的，因为这种经挤压的生物质45与一种经挤压的海绵相似，并且它可以容易地并活跃地吸收水和化学品。在该混合步骤的一个优选实施例中，添加水和/或水与催化剂（例如硫酸），以使含水量大于65%。
然后，该调节的生物质被排出到第1级预处理反应器80中。
在140℃至180℃的温度下，取决于生物质原料在105至150psig的压力下持续30至120分钟，在第1级预处理反应器80中对生物质进行处理，在预处理期间随着生物质释放气体通过一个阀门调节该压力并典型地保持比蒸汽表更高。任选地，向第1级预处理反应器80中添加水90。对下游水解和发酵95不利的半纤维素和抑制性化合物可从第1级预处理反应器80中任选地去除，例如，如在美国专利申请公开号2010/0263814，题为―Pretreatmentof Lignocellulosic Biomass Through Removal of Inhibitory Compounds（通过去除抑制性化合物的木质纤维素生物质的预处理）‖中所述，将球通过引用结合在此。
在第1级预处理反应器80中处理之后，部分预处理的生物质被进料至任选地添加水90的压缩提取装置，例如螺旋压榨机、模块化螺杆装置或逆流洗涤器100中。可通过排放管110去除对下游处理（例如乙醇发酵）产生抑制的抑制剂，例如半纤维素和其他可溶的化合物。
然后，部分处理的生物质被排出到用于随后的水解等的一个槽中或进料到一个第2级预处理反应器130中。第2级预处理反应器130是处在190℃至210℃的温度下，以及通过使用115的高压蒸汽的167至262psig的压力下持续2至8分钟的一段时间在一个可任选的实施例中，取决于利用的设备的类型和生物质类型，预处理的生物质然后被排出到另一压缩提取装置，例如模块化螺杆装置、螺旋压榨机或逆流洗涤器140中，并且任选地通过排放管150去除对下游水解和发酵产生抑制的半纤维素和其他可溶的化合物。
然后，将预处理的生物质通过一个压力减少装置排到气旋160。从该气旋180的底部去除纯化的纤维素，并且可以从顶风口170回收闪蒸蒸汽。
以下实例示出了使用新颖的二级预处理工艺回收的可溶的半纤维素的增多连同当半纤维素和纤维素都被用于制造乙醇时乙醇产率的改善。
实例
实例1-2级稀酸预处理
将玉米芯剁碎、润湿并使用蒸汽来进行调节，以预热、调整湿度，并且以去除空气和其他非冷凝气体。以0.8%的量添加硫酸。将调节的、酸化的穗轴在150℃的温度下使用高压蒸汽预处理55分钟。然后用水洗涤这些穗轴以去除富含半纤维素流（固液分离）并且然后经受在205℃的温度下持续6.7分钟的一个第二预处理。水解纤维素固体并且然后与半纤维素流共发酵为乙醇。
实例2-单级稀酸
将玉米芯剁碎、润湿并使用蒸汽来进行调节，以预热、调整湿度，并且以去除空气和其他非冷凝气体。以0.8%的量添加硫酸。将调节的、酸化的穗轴在150℃的温度下使用高压蒸汽预处理120分钟。然后对这些穗轴进行洗涤。水解纤维素固体和半纤维素流并且共发酵为乙醇。
对于2-级稀酸，可溶的半纤维素单体（XMG）的产率是79%，实例1，比单级工艺增加了11个百分点，实例2。纤维素和半纤维素流都被发酵为乙醇。2-级工艺的乙醇总产率比该单一工艺的增加从316至321公升每公吨。如在图表1中所见，实例1中的2-级工艺不需要如该单级的一个半纤维素水解步骤。在实例2中，可以通过可替代地向会已经比单一步骤进一步增加了乙醇产率的2-级工艺添加半纤维素水解步骤来实现一个加工效益。
实例3-2-级自水解
将玉米芯剁碎、润湿并使用蒸汽来进行调节，以预热、调整湿度，并且以去除空气和其他非冷凝气体。将调节的穗轴在150℃的温度下使用高压蒸汽预处理55分钟。然后用水洗涤这些穗轴以去除富含半纤维素流（固液分离），然后经受在205℃的温度下持续6.7分钟的一个第二预处理。水解纤维素固体并且然后与半纤维素流共发酵为乙醇。
实例4-单级自水解
将玉米芯剁碎、润湿并使用蒸汽来进行调节，以预热、调整湿度，并且以去除空气和其他非冷凝气体。将调节的穗轴在205℃的温度下使用高压蒸汽预处理8分钟。然后对这些穗轴进行洗涤。水解纤维素固体和半纤维素流并且共发酵为乙醇。
在实例3的2-级中的可溶的半纤维素单体（XMG）的产率是75%。这比实例4中的一个单级工艺增加了14个百分点。2-级工艺的乙醇总产率比该单级的增加从308至317公升每公吨。如在图表1中所见，实例3中的2-级工艺不需要如在实例4的单级加工中所需的一个半纤维素水解步骤。可以通过可替代地向如此会已经比单一步骤进一步增加了乙醇产率的2-级的添加半纤维素水解步骤来实现一个加工效益。
图表1：实例1-4的结果
实例5-杨木的单级自水解和二级预处理
将杨木木片润湿、进行挤压以去除提取物并进一步使用蒸汽来进行调节，以预热、调整湿度，并且以去除空气和其他非冷凝气体（图表2-#6-8行)。将调节的杨木片在标准浆和纸自水解条件（单级）下在170℃的温度下持续60分钟抑或在170℃的温度下持续60分钟（第一级）进行预处理，随后在稀酸催化剂存在下以将pH值调整至pH2.0，使用高压蒸汽在205℃下持续8分钟进行第二级（图表2-#11-15行）。在单级或第一级预处理之后洗涤预水解的杨木片。将纤维素固体和半纤维素流进行分析（图表2-#16-35行）、水解（图表2-#36-45行）并共发酵为乙醇（图表2-#46-50行）。
如果与标准浆和纸单级自水解预处理相比，二级预处理导致以下产率的大量增加
(i)可溶的单体和低聚物半纤维素糖（图表2-#24-26行），
(ii)木糖低聚物和单体（图表2-#24-26，45，49行），
(iii)葡萄糖单体（图表2-#38行），其由纤维素纤维（图表2-#37行）改善的消化性引起，以及因此
(iv)乙醇（即+15%），按进入的杨木木片（图表2-#51行）的干物质计算
上述实施例仅旨在作为实例。在不偏离仅由在此所附的权利要求书所限定的范围的情况下由本领域的普通技术人员作出的更改、修改和变化可以影响具体实施例。
图表2.杨木的单级自水解和二级预处理
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Claims (15)
1.一种用于从木质纤维素生物质中回收碳水化合物的工艺，包括：
a)通过以下来调节该木质纤维素生物质：预汽蒸该木质纤维素生物质，压缩该预汽蒸的木质纤维素生物质，用于去除水性提取物，并且在该去除步骤后调整该木质纤维素生物质的含水量至65％至80％，用于产生调节的生物质；
b)使该调节的生物质经历高压蒸汽预处理，以得到预处理的生物质；
c)使该预处理的生物质快速降压；
d)从该降压的预处理的生物质中分离纯化的纤维素；并且
e)水解该纯化的纤维素；
该高压蒸汽预处理为包括以下步骤的二级蒸汽预处理：
i)在蒸汽预处理的第一级，在105至150psig的第一级压力下用高压蒸汽将该调节的生物质加热至140℃至180℃的第一级温度，持续30分钟至2小时的第一级时间，以产生部分预处理的生物质；
ii)在第一级之后且在该部分预处理的生物质仍然在压力下时，通过在一种组合式螺杆装置、一种螺旋压榨机或一种等效的装置中对该部分预处理的生物质进行挤压，去除半纤维素和下游水解以及发酵的抑制剂，用于去除溶解的半纤维素和下游水解以及发酵的抑制剂，且将该挤压的生物质供给至第二级；
iii)在该蒸汽预处理的第二级，在高于该第一级压力且在167至262psig的第二级压力下用高压蒸汽加热该挤压的生物质，用于使温度升高至高于该第一级温度且在190℃至210℃的第二级温度，持续2至10分钟的第二级时间。
2.如权利要求1所述的工艺，其中所述调节是通过常压蒸汽加热来进行的。
3.如权利要求1所述的工艺，其中该第一级进一步包括添加水和至少一种促进半纤维素水解的酸、二氧化硫或一种促进半纤维素水解的化学催化剂。
4.如权利要求3所述的工艺，其中所述促进半纤维素水解的酸为硫酸或乙酸。
5.如权利要求1所述的工艺，其中该第一级是在140℃至170℃的温度下持续50分钟至2小时的时间来进行的。
6.如权利要求1所述的工艺，其中该第二级是在200℃至210℃的温度下持续3至8分钟来进行的。
7.如权利要求1所述的工艺，其中该第一级温度是150℃，该第一级压力是105psig，并且该第一级时间是55min。
8.如权利要求1所述的工艺，其中该第二级温度是205℃，该第二级压力是235psig，并且该第二级时间是6.7分钟。
9.如权利要求2所述的工艺，其中该调节步骤包括：在大气压下用蒸汽将该木质纤维素生物质加热10至60分钟；将该预汽蒸的木质纤维素生物质进行挤压和沥干以去除水性提取物；并且均匀地添加水和一种促进半纤维素水解的催化剂以将该木质纤维素生物质调整到65％至80％的含水量。
10.如权利要求9所述的工艺，其中该水性提取物包括脂肪酸、和/或树脂。
11.如权利要求9所述的工艺，其中该催化剂是硫酸，是按该木质纤维素生物质的重量计的从0.15％至2％的浓度添加的。
12.如权利要求9所述的工艺，其中该含水量是该木质纤维素生物质的按重量计的70％-75％。
13.如权利要求9所述的工艺，其中在调节步骤中，该木质纤维素生物质被加热至90℃-100℃持续15至30分钟。
14.如权利要求9所述的工艺，其中在调节步骤期间，在用蒸汽加热该木质纤维素生物质的步骤期间释放挥发性气体。
15.一种用于从木质纤维素生物质生产乙醇的工艺，包括：
a)通过以下调节该木质纤维素生物质：
i)预汽蒸该木质纤维素生物质，
ii)压缩该预汽蒸的木质纤维生物质，用于去除水性提取物，及
iii)在该去除步骤后，调整该木质纤维素生物质的含水量，用于产生调节的生物质；
b)通过以下使该调节的生物质经历第一级蒸汽预处理：
i)在105至150psig的第一级压力下用高压蒸汽将该调节的生物质加热至140℃至180℃的第一级温度，持续30分钟至2小时的第一级时间；
ii)在步骤i)之后且在维持该第一级压力的同时，通过挤压来去除半纤维素和下游水解以及发酵的抑制剂，以产生部分预处理的生物质；
c)通过以下使该部分预处理的生物质经历第二级蒸汽预处理：
i)通过用高压蒸汽加热该部分预处理的生物质，使该部分预处理的生物质的温度升高至高于该第一级温度且在190℃至210℃的第二级温度，持续2至10分钟的第二级时间，且使得压力升高至高于该第一级压力且在167至262psig的第二级压力；及
ii)在维持该第二级压力的同时，通过挤压来去除半纤维素和半纤维素分解产物，以产生完全预处理的生物质；
e)在该第二级预处理后使该完全预处理的生物质快速降压，用于得到纯化的纤维素；及
f)从所述纤维素生产乙醇。
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