專(zhuān)利名稱(chēng)：在加壓預(yù)處理反應(yīng)器中干排出的方法和工藝的制作方法
在加壓預(yù)處理反應(yīng)器中干排出的方法和工藝相關(guān)交叉申請(qǐng)本申請(qǐng)要求在2009年12月21日提交的專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)61/288，520的權(quán)益，其 通過(guò)引用以其整體并入本文。
背景技術(shù)：
本發(fā)明總體涉及從生物質(zhì)生產(chǎn)糖。在生物質(zhì)的熱化學(xué)處理中，大部分反應(yīng)過(guò)程包括用濕環(huán)境預(yù)處理步驟。生物質(zhì)預(yù) 處理步驟一般包括酸水解或自水解，在其中酸或水加入到加壓反應(yīng)器中的生物質(zhì)。在一般的反應(yīng)器中，材料在液體中浸潰和浸透，并經(jīng)過(guò)蒸汽和/或其它氣體物質(zhì) 加熱至期望溫度和壓力。預(yù)處理材料然后通過(guò)反應(yīng)器容器的底部排出。反應(yīng)器容器和排出 設(shè)備中的酸條可能需要反應(yīng)器排出的構(gòu)建的昂貴材料。發(fā)明概述在一方面，本發(fā)明總體上可以涉及用于處理木素纖維材料的反應(yīng)器。該反應(yīng)器可 以包括具有上部分和下部分的容器。上部分(i)可以適應(yīng)于接受生物質(zhì)和可以適應(yīng)于經(jīng) 過(guò)加壓氣體加壓和加熱生物質(zhì)，和(ii)可以通過(guò)含有碳鋼的至少一個(gè)上壁限定。下部分 (i)可以適應(yīng)于接受加壓生物質(zhì)和可以適應(yīng)于促進(jìn)生物質(zhì)的水解或自水解，沒(méi)有過(guò)量或沒(méi) 有自由液體，(ii)可以包括由耐腐蝕性材料制成的至少一個(gè)下壁，和(iii)可以被設(shè)置成 沒(méi)有傳輸液體傳輸生物質(zhì)。反應(yīng)器可以進(jìn)一步包括在容器的外壁和下部分的壁之間形成的 壓力封套。容器的上部分和壓力封套可以用增壓管路操作地連接，使得壓力封套的壓力和 上部分的壓力可以均衡。


圖1A和1B示意地圖解根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的反應(yīng)器容器。
具體實(shí)施例方式一方面，任何生物質(zhì)可以連同本發(fā)明描述的方法和反應(yīng)器(一個(gè)或多個(gè))進(jìn)行應(yīng) 用。例如，生物質(zhì)可以含有一種或多種木材(一種或多種)、草(一種或多種)、和/或任何 含有木素纖維材料。努力克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷(例如，使用浸潰和/或浸透)，可以期望提高糖提取的效 率，同時(shí)通過(guò)減少生物質(zhì)預(yù)處理反應(yīng)器容器中的液體減少下游干燥和蒸發(fā)需要。這種減少 的液體環(huán)境通過(guò)使用具有少或沒(méi)有自由液體的干條件實(shí)現(xiàn)。但是，液體的缺乏可以引起獨(dú) 特的一組困難。在本發(fā)明的一方面，反應(yīng)器設(shè)計(jì)可以減輕所述困難。在干加工反應(yīng)器中，反應(yīng)器容器總體上包含兩部分上部分和下部分。容器的上部 分是加壓部分，在該部分中生物質(zhì)進(jìn)入并使用蒸汽或其它氣體產(chǎn)品(諸如氨)加熱。上部 分的壁(一個(gè)或多個(gè))可以由碳鋼、或不銹鋼、或其它合適材料制成。容器的極限壓力取決于加熱介質(zhì)。如果使用蒸汽，在期望溫度的容器的壓力將是 約5至25巴，但是如果使用氨作為加熱介質(zhì)，容器的操作壓力在期望的工作溫度可以是多至60巴。在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，使用蒸汽和氨的組合和/或其它加熱介質(zhì)(一種或 多種)是可能的。容器的下部分可以是底排出部分，其中施加在生物質(zhì)材料上的內(nèi)壓力不同于空腔 的外壓力，排出設(shè)備位于所述空腔中。為了促進(jìn)適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量流動(dòng)，該反應(yīng)器排出設(shè)備可以類(lèi)似于Diamondbaek 木片 庫(kù)形狀，如在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5，500, 083 (其通過(guò)引用并入本文)中描述，或者類(lèi)似于其它具有 側(cè)面放氣管路(side relief)的一維會(huì)聚(convergence),或者甚至類(lèi)似于允許生物質(zhì)材 料的順利排出的其它幾何形狀，不需要振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)排出設(shè)備。在一方面，本發(fā)明依賴(lài)容器的 幾何形狀，而不是外部力量(例如，振動(dòng)和/或轉(zhuǎn)動(dòng))移動(dòng)生物質(zhì)。排出的幾乎形狀對(duì)于容器的正確操作是重要的，因此排出設(shè)備壁的偏斜必須被阻 止。偏斜可以通過(guò)構(gòu)建具有非常重材料的排出部分或者提供容器的排出區(qū)域的內(nèi)部和外部 壓力的均衡來(lái)阻止。為了均衡壓力，在容器的排出設(shè)備區(qū)域周?chē)膲毫Ψ馓卓梢源嬖?，由?減少排出設(shè)備材料的變形。壓力封套可以使排出設(shè)備的內(nèi)部和外部之間的差別壓力最小。該壓力封套可以允許排出設(shè)備的壁(其可以是耐腐蝕材料)盡可能的薄，因?yàn)閴?力封套的壁(由較便宜材料諸如碳鋼制成)可以經(jīng)受反應(yīng)器壓力。耐腐蝕材料可以是不銹 鋼、鈦、鋯、和/或任何其它耐腐蝕材料。如果省略壓力封套，在排出設(shè)備的構(gòu)建中使用的金屬板或件變得難于形成和支 撐，產(chǎn)生更昂貴設(shè)備，特別是因?yàn)樗鼈儽仨氉柚古懦鲈O(shè)備的變形和對(duì)排出設(shè)備的損害。一方 面，具有壓力封套的反應(yīng)器容器因此有利地減少需要的昂貴材料的量。氣體(可能是蒸汽)可以用于加熱和加壓上容器部分中的生物質(zhì)材料(即，其中 熱化學(xué)反應(yīng)可以一直主要地出現(xiàn))。為了均衡反應(yīng)容器和在排出設(shè)備周?chē)姆馓字g的壓 力，兩個(gè)部分可以通過(guò)壓力均衡管連接。反應(yīng)器容器上部分中的氣體然后可以充滿(mǎn)和加壓 在排出設(shè)備周?chē)姆馓?，由此均衡在排出設(shè)備的內(nèi)部和外部之間的壓力。如果粗略地均衡，反應(yīng)器容器中的氣體和在排出設(shè)備周?chē)目涨粚⑹窃诮葡嗤?的壓力，但是不具有相同功能。到排出設(shè)備周?chē)目涨坏臍怏w將不需要加熱在排出設(shè)備中 的生物質(zhì)，而是僅維持壓力。到反應(yīng)器容器的上部分的氣體將用于加熱生物質(zhì)以及維持該 容器中的壓力。如果加熱介質(zhì)的冷凝物被允許在壓力封套中收集，可能的是，在排出設(shè)備內(nèi)部和 空腔(排出設(shè)備的外部)之間將有流體靜壓差別。為了阻止這種流體靜壓差別在排出設(shè)備 的區(qū)域中變?yōu)檫^(guò)多的，在該空腔中定位溢流設(shè)備以維持排出設(shè)備的空腔區(qū)域中的液面是可 能的。除了允許均衡排出部分的內(nèi)部和外部壓力的均衡，該空腔-因?yàn)槠淇梢栽诨蚪咏?反應(yīng)器的上部分的溫度-對(duì)于提供熱到不正常狀況中的反應(yīng)器內(nèi)含物是可用的，諸如對(duì)于 反應(yīng)器的上部分的氣體的損失。在這種情況下，空腔的熱可以變?yōu)榕R時(shí)過(guò)程熱源以允許該 過(guò)程反應(yīng)器的安全和控制的失活。例如，維持壓力封套中(例如，空腔)冷凝物的液面也可 以提供熱源，在加熱介質(zhì)暫時(shí)地失去的情況下。如果反應(yīng)器緩慢地失活，快速和危險(xiǎn)的熱和壓力的損失可以被避免，由此使得操 作者和設(shè)備的危險(xiǎn)最小。
圖1A和IB示意地圖解根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的反應(yīng)器。圖1A和1B顯示相同容 器的不同視圖，類(lèi)似的數(shù)字標(biāo)識(shí)類(lèi)似部件。容器100主要由產(chǎn)生空腔的外部壁190限定，空 腔可以分成上部分110和下部分120。生物質(zhì)材料(例如,木素纖維材料)進(jìn)料至容器100的頂部102。生物質(zhì)可以是重 力自流進(jìn)料和/或機(jī)械進(jìn)料，例如，經(jīng)過(guò)螺旋輸送機(jī)和/或運(yùn)輸帶。當(dāng)進(jìn)入容器100時(shí)，生 物質(zhì)材料進(jìn)入上部分110，其中氨和/或蒸汽加壓該反應(yīng)器，沒(méi)有加入過(guò)量量的液體。也就 是，優(yōu)選的是淤漿不是由加入的液體產(chǎn)生。操作助劑(例如，可以有助于水解反應(yīng)的酸)可 以已經(jīng)加入到生物質(zhì)，在其進(jìn)入容器之前。這些酸的實(shí)例可以包括硫酸、鹽酸、和/或磷酸。 有機(jī)酸像乙酸、甲酸也可以使用。過(guò)程入口管嘴140也允許加入操作助劑(例如，可以有助于水解反應(yīng)的酸)。這些 酸的實(shí)例可以包括硫酸、鹽酸、氫氟酸、和/或磷酸。一方面，在反應(yīng)器處理容器中可以有很 少或沒(méi)有自由液體。也就是，生物質(zhì)可以具有很少或沒(méi)有過(guò)量的液體，因?yàn)橐后w可以吸收進(jìn) 入纖維素材料。下部分120可以定形以促進(jìn)生物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，沒(méi)有外部攪動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，例如，經(jīng)過(guò) Diamondback卻木片庫(kù)形狀，如在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5，500，083中描述。下部分120可以由耐腐 蝕性材料(例如，不銹鋼、鈦、鋯、陶瓷涂層(像磚襯)、聚四氟乙烯襯、或其組合等等)制成， 且壓力封套130在下部分120和壁190之間存在。如圖解，壓力封套130在下部分120的 壁122和容器100的壁132之間存在。生物質(zhì)經(jīng)過(guò)底部分104離開(kāi)容器100。為了促進(jìn)拔出和減少堵塞，提供管嘴150、160和170。而且，均衡管線(xiàn)180可以均 衡上部分110(經(jīng)過(guò)連接182)和壓力封套(經(jīng)過(guò)連接184)之間的壓力。提供加壓管嘴186 以幫助控制上部分110和/或壓力封套130的壓力。一方面，壓力封套130允許較少材料 (例如，耐腐性材料或其它合適材料)形成下部分120的壁。雖然連同連續(xù)法圖解和描述，但是該反應(yīng)器容器可以在分批法中使用。雖然本發(fā)明連同現(xiàn)在所認(rèn)為是最實(shí)際和優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但是應(yīng)該理 解本發(fā)明不限于公開(kāi)的實(shí)施方式，而是相反地，其意欲涵蓋包括在附加權(quán)利要求的精神和 范圍內(nèi)的各種修改和等同結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.用于處理木素纖維材料的反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括容器，其具有上部分和下部分，其中所述上部分(i)適應(yīng)于接受生物質(zhì)并適應(yīng)于經(jīng)過(guò)加壓氣體加壓和加熱所述生物 質(zhì)，和(ii)通過(guò)至少一個(gè)上壁限定，其中所述下部分(i)適應(yīng)于接受加壓生物質(zhì)且適應(yīng)于促進(jìn)所述生物質(zhì)的水解或自水 解，沒(méi)有過(guò)量或沒(méi)有自由液體，(ii)包括含有耐腐蝕性材料的至少一個(gè)下壁，和(iii)被設(shè) 置成沒(méi)有傳輸液體傳輸所述生物質(zhì)，其中在所述容器的外壁和所述至少一個(gè)下壁之間形成壓力封套，以及其中所述容器的上部分和所述壓力封套用增壓管路操作地連接，使得所述壓力封 套的壓力和所述上部分的壓力可以均衡。
2.權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其中所述下部分被設(shè)置成沒(méi)有外部攪動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)傳輸所述 生物質(zhì)。
3.權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其中所述耐腐蝕性材料包括不銹鋼、鈦、鋯、耐腐蝕合金、 陶瓷涂層、聚四氟乙烯襯、或其組合。
4.權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其中所述上部分適應(yīng)于加壓所述生物質(zhì)至約5-25巴的壓 力，其中加壓氣體是蒸汽。
5.權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其中所述上部分適應(yīng)于加壓所述生物質(zhì)至約60巴的壓 力，其中加壓氣體是氨。
6.水解生物質(zhì)材料的方法，所述方法包括以下步驟進(jìn)料生物質(zhì)材料至具有上部分和下部分的容器；使用加壓劑加壓所述上部分中的生物質(zhì)；轉(zhuǎn)移加壓的生物質(zhì)至所述下部分，在其中水解或自水解發(fā)生，沒(méi)有過(guò)量或沒(méi)有自由液 體；和從所述下部分轉(zhuǎn)移水解的生物質(zhì)，沒(méi)有引入傳輸液體；其中在所述容器的外壁和所述下部分的至少一個(gè)下壁之間形成壓力封套；以及 經(jīng)過(guò)連接所述壓力封套和所述容器的上部分的增壓管路，使得所述壓力封套的壓力和 所述上部分的壓力均衡。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其中進(jìn)料所述生物質(zhì)材料的步驟連續(xù)地進(jìn)行。
8.權(quán)利要求6所述的方法，其中進(jìn)料所述生物質(zhì)材料的步驟分批法地進(jìn)行。
9.權(quán)利要求6所述的方法，其中加壓劑包括氨，和其中加壓所述上部分中的所述生物 質(zhì)的步驟產(chǎn)生多至約60巴的壓力。
10.權(quán)利要求6所述的方法，加壓劑包括蒸汽，和其中在加壓所述上部分中的所述生物 質(zhì)的步驟產(chǎn)生約5-25巴的壓力。
11.權(quán)利要求6所述的方法，其中從所述下部分中轉(zhuǎn)移水解的生物質(zhì)的步驟沒(méi)有外部 攪動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)地進(jìn)一步發(fā)生。
12.權(quán)利要求6所述的方法，其中水解反應(yīng)隨著加入硫酸、鹽酸、氫氟酸、磷酸、或其組 合地發(fā)生。
13.權(quán)利要求6所述的方法，其中水解反應(yīng)隨著加入乙酸、甲酸或其組合地發(fā)生。
14.權(quán)利要求6所述的方法，其中水解反應(yīng)隨著加入硫酸地發(fā)生。
15.權(quán)利要求6所述的方法，其中所述生物質(zhì)包括木材、草、或其組合。
16.權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)ー步包括經(jīng)過(guò)重力進(jìn)料所述生物質(zhì)至所述容器的步驟。
17.權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)ー步包括經(jīng)過(guò)螺旋輸送機(jī)或運(yùn)輸帶進(jìn)料所述生物質(zhì)至 所述容器的步驟。
18.權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)ー步包括維持所述壓カ封套中冷凝物水平，以提供熱源。
全文摘要
用于處理木素纖維材料的反應(yīng)器和相關(guān)的方法。該反應(yīng)器包括具有上部分和下部分的容器。在容器的外壁和下部分的至少一個(gè)下壁之間形成壓力封套，且容器的上部分和壓力封套經(jīng)過(guò)增壓管路操作地連接，使得壓力封套的壓力和上部分的壓力可以均衡。
文檔編號(hào)D21C11/00GK102666975SQ201080058316
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者伯蒂爾·斯特龍伯格, 約瑟夫·門(mén)羅·羅爾斯, 約翰·博爾斯 申請(qǐng)人:安德里茲技術(shù)資產(chǎn)管理有限公司