用于从生物质材料制备生物产品的设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于从生物质材料制备生物产品的设备，包括进给设备和反应器，进给设备用于将液体中所包含的生物质材料供应至所述反应器中，并包括：外壳；容器，容纳在外壳中，容器包括将生物质材料引入到容器中的物料进口和被连接以将生物质材料供应到所述反应器中的物料出口；增压装置，用于提供外壳内部的压力，并用于对生物质材料增压，使得生物质材料在容器内时被增压；输送装置，用于将生物质材料从物料进口输送到物料出口，以将生物质材料供应到反应器中；位于容器内部的用于对待供应到反应器中的生物质材料脱水的装置；液体出口，用于将液体排出到所述容器外。该设备安全地避免了处理后的物料的反闪和逆流，同时实现了连续的进给。

【技术实现步骤摘要】
本申请是于2011年07月08日进入中国国家阶段的国际申请号为PCT/DK2010/050003的申请日为2010年01月12日、申请号为201080004126.6、专利技术名称为“用于向过程反应器进给物质的方法和设备”的专利申请的分案申请，其全部内容结合于此作为参考。
本专利技术尤其涉及用于进给(in-feeding)生物质和对生物质进行脱水的工艺和设备，以控制生物质中的含水量，之后脱水的生物质被引入过程反应器以便进行热处理然后发酵。虽然本专利技术的说明书集中研究的是生物质，但是可设想本专利技术通常应用于控制含水量，方式是将进给和脱水工艺运用到浆液或浆料形式的物料中，该浆液或浆料包含液体和固体物质的混合物，所述物料通常是液体中的悬浮物并具有浸泡液(soaked liquid)。
技术介绍
在由植物生物质衍生而来的燃料中，乙醇作为石油衍生产品的潜在的替代物或补充物受到了特别的关注。从生物质中制备乙醇通常是通过富含糖或淀粉的原始生物材料(如谷物、甘蔗或玉米)的发酵过程实现的，也被称为第一代生物乙醇。为了使生产成本减到最低，并提高从生物质制备生物乙醇的潜力，至关重要的是利用来源于园艺、农业、林业、木材业等的廉价副产品形式的木质纤维素生物质；因此例如是利用诸如稻草、玉米杆、林地废弃物、锯屑和木屑的物料。由这类生物质制备的乙醇也被称为第二代生物乙醇。木质纤维素生物质包含有半纤维素和纤维素形式的糖聚合物。在那些糖会发酵成乙醇之前，糖聚合物必须先分解成其糖单体。分解聚合物的常用方法是利用酶水解。为了提高生物质对酶的可用性，木质纤维素生物质通常经历热/化学预处理。在热化学的方法处理之后，通常需要这样的过程，即将生物物质的温度升高至比含有生物物质的液体的沸点高的温度。因此，技术人员经常面临的问题是对含有生物物质的浆液或浆料增压，以便能够将温度升高至高于液体的沸点的温度，同时保持流体处于液态。这种过程通常在容器(诸如反应器腔室)中进行，在许多实际的实例中，容器中的温度和压力相对于大气条件升高，而原始生物材料是在大气条件下贮存于存贮器中并从存贮器中取出。这易于造成与之有关的安全风险和其它问题，因为反应器中升高的压力将会推动物料在设备中逆流，并且在一些情况下，可能会发生从反应器排出的非常热的蒸汽、氨水或者一般化学品以及其它气体混合物的所谓反闪(back flash)以及在生物乙醇制备系统中的逆流。这种反闪可能导致例如系统的故障和破坏，而且在一些情况下会给操作系统的人带来危险。因此存在允许生物材料进给到反应器中的同时防止发生反闪的问题。在另一方面，一个有效的制备系统可能要求反应器中的过程连续不断地进行，并且在这些方面，存在关于进给需要是连续的另一问题。已经提出解决这个问题的一些建议。例如，美国专利4,270,976建议使用料塞螺旋进料器将浆料向反应器输送。该螺旋进料器构造成在朝向反应器的入口输送浆料的过程中对浆料脱水和压缩，目的是为了产生意在形成反应器的密封的“生物料塞(bio plug)”。已证明这一方法没有补救所述问题，并且迫切需要控制所引入的生物质的含水量、种类、粉碎情况、数量、颗粒尺寸和分布以及进给速率的组合以获得所述料塞。自然地，原材料的组成在广泛的界限内变化，所以最终结果是安全问题没有得到解决，并且由于所形成的料塞不能总是提供紧密的密封，所以该方法不是很有效。为了提高生物料塞方法的可行性，已经采用了不同的水力措施。例如在WO0007806中，这种水力措施包括使螺旋进料器往复运动来实现生物料塞的进一步压缩，或者包括位于螺旋进料器的末端的阀门，该阀门可以封闭反应器的入口。EP1775376公开了一种将木屑制成木纤维的设备，方式是通过捣固螺丝(tamping screw)供应木屑，包括测量离开螺丝的木屑料塞的导电性、以及将结果作为控制参数来控制木屑和/或纤维的顺流处理。DE29 41 504A1公开了一种通过在蒸汽环境中纤维分离碎屑材料而由含木质纤维素材料的碎屑制造化学纤维材料的方法。该方法包括几个步骤，其中借助于螺杆传送器将材料压缩成前滑移(forward-sliding)且不透蒸汽的浆料。WO83/02788A1公开了一种用于由含纤维的原材料制备纤维浆料的方法和设备，从而该材料在预加热器中借助于蒸汽经历预热，之后在提高的蒸汽或气体压力下在研磨盘之间研磨成纤维浆料，所述研磨盘在研磨装置中相对于彼此旋转，所述纤维浆料借助于蒸汽或气体被从装置壳体推进到分离装置中。材料不仅被传送到预加热器，而且经由螺杆传送器从预加热器传送到研磨装置，以形成材料的不透蒸汽的浆料。DE10 45 221B公开了一种用于形成和研磨纤维素材料的抗压料塞的方法和设备。所述料塞借助于螺杆传送器形成。因此，至今还没有有效地克服从反应器到系统的反闪问题，因此本发明寻找至少减少与此有关的一些问题。因此，一种改进的进给设备将具有优势，该设备安全地避免了处理后的物料的反闪和逆流，同时实现了连续的进给。
技术实现思路
因此，本专利技术优选地寻求单独或以组合方式来减少、缓和或消除一个或多个上述缺点。特别地，提供一种具有在脱水后的生物质被引入到过程反应器中之前对生物质进行进给和脱水的功能的设备可视为本专利技术的一个目的。在该设备中，这些过程(例如进给和脱水)在一高于或等于反应器内部压力的压力下进行。本专利技术的进一步目的是通过提供一种以连续方式进行进给的进给设备而提供对现有技术的有利替代。本专利技术涉及一种设备，该设备可以是工厂中用于制备生物乙醇的预处理系统的一部分。该设备具有对生物质进行进给和脱水的功能，从而在脱水后的生物质被引入到过程反应器(如气化反应器)中之前控制生物质中的含水量。进给和脱水工艺在一高于或等于反应器内部压力的压力下进行，因此解决了反闪问题，并且提供了现有技术中所涉及的“生物料塞”的替代。将进给设备内部的压力维持在一高于或等于反应器内部压力的压力下具有如下优点：产生由压力差引起的反应器的流体紧密密封、避免任何反闪以及物料逆流到生物乙醇制备系统中。与现有技术中所涉及的“生物料塞”系统相比，主要差异是本专利技术提供一种简单的安全系统，该系统在物理上防止了蒸汽的反闪。进给设备的增压的另外一个优点是通过例如不再需要闸门系统而促进连续供料。该设备的甚至另外一个优点是进给的生物质可为反应器提供一个热屏障，例如一个沼气厂的热预处理。...

【技术保护点】
一种用于从生物质材料制备生物产品的设备，所述设备包括进给设备和反应器，所述进给设备用于将液体中所包含的生物质材料供应至所述反应器中，所述进给设备包括：外壳；容器，所述容器容纳在所述外壳中，所述容器包括将所述生物质材料引入到所述容器中的物料进口和被连接以将所述生物质材料供应到所述反应器中的物料出口；增压装置，用于提供所述外壳内部的压力，并用于对所述生物质材料增压，使得所述生物质材料在所述容器内时被增压；输送装置，用于将所述生物质材料从所述物料进口输送到所述物料出口，以将所述生物质材料供应到所述反应器中；位于所述容器内部的用于对待供应到所述反应器中的生物质材料脱水的装置；液体出口，用于将液体排出到所述容器外。

【技术特征摘要】
2009.01.13 DK PA2009000471.一种用于从生物质材料制备生物产品的设备，所述设备包括进给设
备和反应器，所述进给设备用于将液体中所包含的生物质材料供应
至所述反应器中，所述进给设备包括：
外壳；
容器，所述容器容纳在所述外壳中，所述容器包括将所述生物
质材料引入到所述容器中的物料进口和被连接以将所述生物质材料
供应到所述反应器中的物料出口；
增压装置，用于提供所述外壳内部的压力，并用于对所述生物
质材料增压，使得所述生物质材料在所述容器内时被增压；
输送装置，用于将所述生物质材料从所述物料进口输送到所述
物料出口，以将所述生物质材料供应到所述反应器中；
位于所述容器内部的用于对待供应到所述反应器中的生物质
材料脱水的装置；
液体出口，用于将液体排出到所述容器外。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述增压装置包括提供所述外
壳内部的压力高于或至少等于所述反应器内部压力的至少一台泵。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述增压装置是或者包括提供
所述容器内部的生物质压力高于或至少等于反应器内部压力的至少
一台泵。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述增压装置包括提供所述容
器内部的压力高于或至少等于所述反应器内部压力的至少一台泵和

\t提供所述外壳内部的压力高于或至少等于所述反应器内部压力的至
少一台泵。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述外壳内部的压力和所述容
器内部的压力都高于或等于所述反应器内部的压力。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述物料进口包括止回阀。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述用于脱水的装置是或者包
括旋转蜗杆传送器。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述用于脱水的装置是或者包
括往复活塞。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述用于脱水的装置是或者包
括脉冲压缩螺杆。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述输送装置是被动输送装置，
使得输送由所述容器的负倾斜提供。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述输送装置是主动输送装置。
12.根据权利要求10所述的设备，其中，所述输送装置是传送螺杆。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述输送装置适于以恒定的速
度提供所述生物质材料的输送。
14.根据权利要求所述的设...

【专利技术属性】
技术研发人员：芬恩·贝尔德林，德拉甘·卢基克，特罗尔斯·希尔斯特罗姆，
申请(专利权)人：拜格索有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK