构造成用于高产量生物质处理的消解单元制造技术

本发明专利技术公开了一种用于处理纤维素生物质的消解单元，该消解单元包括：室，所述室的高度大于其宽度，所述室具有适于引入固体的开口并且所述开口位于室高度的上20％内；一根或多根第一流体导管，其在室高度的下20％内连接到所述室，所述第一流体导管中的至少一根延伸到所述室内并且位于所述室的底部上方；一根或多根第二流体导管，其在室高度的上20％内连接到所述室，所述第一流体导管中的至少一根流体连接到所述第二流体导管中的至少一根；多孔介质，所述多孔介质在室高度的下20％内位于所述室内；和可动压力隔离装置，其覆盖所述开口；其中，所述消解单元能够操作以保持至少30bar的压力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术公开了一种用于处理纤维素生物质的消解单元，该消解单元包括：室，所述室的高度大于其宽度，所述室具有适于引入固体的开口并且所述开口位于室高度的上20％内；一根或多根第一流体导管，其在室高度的下20％内连接到所述室，所述第一流体导管中的至少一根延伸到所述室内并且位于所述室的底部上方；一根或多根第二流体导管，其在室高度的上20％内连接到所述室，所述第一流体导管中的至少一根流体连接到所述第二流体导管中的至少一根；多孔介质，所述多孔介质在室高度的下20％内位于所述室内；和可动压力隔离装置，其覆盖所述开口；其中，所述消解单元能够操作以保持至少30bar的压力。【专利说明】构造成用于高产量生物质处理的消解单元相关申请的交叉引用本申请要求在2012年6月28日提交的美国专利申请N0.61/665，717的权益。
本公开总体涉及消解单元，并且更加具体地涉及一种构造成用于由纤维素生物质高产量生产稳定的水解产物的消解单元。
技术介绍
可以由包括生物质的天然源生产出具有商业意义的多种物质。纤维素生物质就这一点而言尤为有利，这是因为在其中发现的多种形式的大量碳水化合物用途广泛。如在此所使用时，术语“纤维素生物质”指的是包含纤维素的活的生物材料或刚死的生物材料。在高等植物的细胞壁中发现的木质纤维素材料是世界上最大的碳水化合物源。通常由纤维素生物质生产的材料可以包括例如经由部分消解作用而生产的纸和木质纸浆以及通过发酵而生产的生物乙醇。 对于发展源自可再生能源的化石燃料替代物已经给予很大关注。在这一点上特别备受关注的是纤维素生物质，原因在于其成分的碳水化合物含量丰富且具有实用价值。尽管有成功的希望并且备受关注，但是基于生物质的燃料技术的发展和实施仍然缓慢。迄今为止，现有技术生产的燃料具有低能量密度(例如，生物乙醇)和/或不能完全与现有发动机设计和运输基本设施相兼容(例如，甲醇、生物柴油、费舍尔-托勒普茨合成柴油、氢气和乙醇)。用于将纤维素类生物材料处理成成分与化石燃料类似的燃料混合物的节能其成本有效益的处理对于解决前述问题而言是非常令人期望的。 消解是一种可将纤维素生物质中的复合碳水化合物转换成更加适于处理成燃料混合物形式的方法。具体地，消解可将纤维素生物质中的复合碳水化合物分解成包含更简单的、可溶的碳水化合物的水解产物，所述水解产物可以通过下游重整反应而转变成含氧有机化合物。尽管理解消解复合碳水化合物以及将简单的碳水化合物转换成有机化合物之后的基本化学令人联想到那些存在于化石燃料中的基本化学，但是尚未研发出适于将纤维素生物质转变成燃料混合物的高产量且节能的消解处理。就这一点而言，与使用消解和其它处理将纤维素生物质转变成燃料混合物有关的最基本要求是实施转变所需的能量输入不应当大于产物燃料混合物的可获得的能量输出。而且，理想地，每单位质量纤维素生物质进料所生产的燃料混合物量应该尽可能高。 如将在下文进一步讨论的那样，与以高产、节能且、有成本效益的方式消解纤维素生物质和将水解产物转变成燃料混合物有关的问题极其复杂。另外，这些问题与通常在造纸和木质纸浆工业中使用的消解处理中遇见的那些问题完全不同。因为在造纸和木质纸浆工业中的纤维素生物质消解的目的是保持固体材料(例如，木浆)，通常在低温条件(例如，低于100°C)下实施不完全消解一非常短的时间段。与之相反，理想地，适于将纤维素生物质转变成燃料混合物的消解处理被构造成通过溶解尽可能多的原始纤维素生物质来使产量最大化。 出于多种原因，经由对纸和木质纸浆消解处理进行常规修改造来生产用于在燃料混合物中使用的更大量可溶碳水化合物并不可行。仅仅通过运行造纸和木质纸浆工业的消解处理更长的时间段来生产更多的可溶碳水化合物从生产量的角度来看并不理想。使用诸如强碱、强酸或亚硫酸盐的消解促进剂来加快消解率可增大处理成本和复杂性，这是因为存在后处理分离步骤而且可能需要将下游部件与这些试剂隔离开。由于可溶碳水化合物会在升高的消解温度下发生热降解，因此通过升高消解温度来加速消解率实际上会降低产量。从能耗的观点来看，使用更高的消解温度可能也是不理想的。另外，在升高温度和压力条件下延长消解时间有时可能导致消解单元出现结构失效问题。这些困难中的任意一个均会有损源自纤维素生物质的燃料混合物的经济可行性。 可防止水解产物内的可溶碳水化合物热降解的一种方法是通过使得可溶碳水化合物经受催化还原反应处理，所述催化还原反应处理可以包括加氢反应和/或氢解反应。这种催化还原反应处理的产物可以易于通过下游重整反应而转换成燃料混合物。通过引入催化还原反应处理来稳定水解产物内的可溶碳水化合物可以允许在更高的温度下进行纤维素生物质的消解，而不会过度牺牲产量。 一种可以非常有效地稳定源自纤维素生物质的水解产物的方法是理想地在进行消解处理的同一容器中在消解处理的同时实施催化还原反应处理。在进行消解处理的同一容器中发生的催化还原反应处理在此将被称作“就地催化还原反应处理”。除了稳定水解产物之外，实施就地催化还原反应处理从节能的角度来看也是非常可行的。具体地，纤维素生物质的消解是吸热过程，而催化还原反应是放热过程。因此，可以利用由催化还原反应处理产生的多余热来驱动消解处理，由此降低进行消解所需的额外能量输入量。因为在就地催化还原反应处理中既发生消解又发生催化还原，所以发生传热损失的机会极小，如果要在分离位置中执行所述催化反应处理，则可能发生传热损失。另外，在分离位置中实施催化还原反应处理可能增大在运输期间发生可溶碳水化合物降解的风险。 尽管实施就地催化还原反应处理对于水解产物的稳定和节能尤为有利，但是成功实施这种联合处理在其它方面可能仍有问题。一个可能遇到的显著问题是消解纤维素生物质装载物内的催化剂分布。在催化剂没有充分分布的情况中，可能发生可溶碳水化合物的稳定无效。另外，保持消解单元内的流体流动可能是另一个显著问题。在此提出的实施例解决了前述问题中的多个问题并且提供了相关优势。
技术实现思路
本公开总体涉及消解单元，并且更加具体地涉及构造用于由纤维素生物质高产量生产出稳定水解产物的消解单元。 在一些实施例中，本公开提供了消解单元，所述消解单元包括:室，所述室的室高度大于室宽度，所述室具有适于引入固体的开口，所述开口位于室高度的上20%内；一根或多根第一流体导管，所述一根或多根第一流体导管在室高度的下20%内连接到室，所述第一流体导管中的至少一根延伸到室中并且位于室的底部上方；一根或多根第二流体导管，所述一根或多根第二流体导管在室高度的上20%内连接到室，所述第一流体导管中的至少一根流体连接到所述第二流体导管中的至少一根，以便建立流体循环回路；多孔介质，所述多孔介质在高度的下20%内位于室内；和可动压力隔离装置，所述可动压力隔离装置覆盖开口 ；其中，消解单元能够操作以保持至少30bar的压力。 在一些实施例中，本公开提供了消解单元，所述消解单元包括:室，室高度大于室宽度，所述室具有适于引入固体的开口，所述开口位于室高度的上20%内；筛，所述筛在室高度的下20%内且位于室的底部上方处固定到室；一根或多根第一流体导管，所述一根或多根第一流体导管在筛的下方连接到室，所述第一流体导管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消解单元，包括：室，所述室的室高度大于室宽度，所述室具有适于引入固体的开口，所述开口位于室高度的上20％内；一根或多根第一流体导管，所述一根或多根第一流体导管在室高度的下20％内连接到所述室，所述第一流体导管中的至少一根延伸到所述室内并且被升高成位于所述室的底部上方；一根或多根第二流体导管，所述一根或多根第二流体导管在室高度的上20％内连接到所述室，所述第一流体导管中的至少一根流体连接到所述第二流体导管中的至少一根，以便建立流体循环回路；多孔介质，所述多孔介质在室高度的下20％内位于所述室内；和可动压力隔离装置，所述可动压力隔离装置覆盖所述开口；其中，所述消解单元能够操作以保持至少30bar的压力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·J·登顿，T·L·弗劳尔斯，G·C·科姆普林，J·B·鲍威尔，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL