用于淬灭生物质原料水解反应的瞬时冷却制造技术

本发明专利技术描述了用于淬灭一种生物质原料的水热、稀酸水解反应的一种方法，其中通过一种水性单体和/或低聚体糖混合物的瞬时冷却来减缓或终止该水性单体和/或低聚体糖混合物的降解，并且其中该瞬时冷却保证通过一种正在形成的蒸汽流除去一部分已溶解且具挥发性的降解副产物，并且其中将一种木质素组分，如果存在的话，固化为具有良好脱水特性的结构，允许之后通过分离去除木质素组分，所述方法产生了糖单体和/或低聚体的水解液。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术涉及一种用于淬灭木质纤维素生物质起始材料的液化反应的方法，以避免持续有害的分解，用于产生一种单体和/或低聚体糖混合物溶液。技术背景淬灭不同类型的反应早已为大家所已知。淬灭是指停止反应或减缓反应，并且可通过不同手段实施，如通过降低温度、减小压力、添加物质等。此外，淬灭不同形式的生物质反应也已有描述。例如，在WO 01/88258中披露了一种用于转化生物质以形成一种化工原料的连续方法。将该生物质和一种外源性金属氧化物(优选地，氧化钙)或金属氧化物前体持续送入反应室中，该反应室以至少1400℃的温度运行，以形成包括金属碳化物的反应产物。将这些反应产物淬灭至800℃或更低的温度。将产生的金属碳化物与反应产物分离，或者可替代地，用水淬灭时，将其水解以提供一种可回收的碳氢化合物气体原料。另外，在WO 2007/128798中披露了一种用于将固体或高粘性碳基能源载体材料转化为液体和气体反应产物的方法，所述方法包含下列步骤：a)使该碳基能源载体材料与一种颗粒催化剂材料接触；b)在200℃与450℃之间，优选地，250℃与350℃之间的反应温度下，对该碳基能源载体材料进行转化，从而形成汽相反应产物。该方法可以包含下列另外的步骤：c)在所述反应产物形成后10秒内，将这些汽相反应产物与该颗粒催化剂材料分离；并且d)将这些反应产物淬灭至200℃以下的温度。此外，在过去也已解决例如在亚临界或超临界条件下进行的例如生物质液化的淬灭。例如，在US 2010/0063271中披露了一种用于将一种选定的生物质材料持续转化为多种反应产物的“动态”超临界流体生物质转化系统，并且按照流体顺序，该系统包括：一个生物质输送区；处于一个导电外壳内并围绕一个中心轴的一个超临界流体生物质转化区；以及一个反应产物淬灭/分离区。根据这些实例，披露到通过为感应线圈通以交流电，该交流电变化范围从约50-100KHZ，持续范围从约2至5秒的时间段，使满载压力容器经受时变磁场。通电后，将该容器以瀑布状水流淬灭的方式迅速冷却。另外，US 2011/0300617中披露了另一种通过降低温度进行的淬灭。在US 2011/0300617中披露了一种生物质水热分解器，该分解器从仪器本体的一侧送入一种固体生物质材料，从另一侧送入加压热水，以对该生物质材料进行水热分解，同时，使该生物质材料与加压热水进行反向接触，在热水中溶解热水可溶的级分，将加压热水作为一种热水流出物从该仪器本体的一侧排到外面，并且从另一侧将一种生物质固体排到外面。有利地，在该生物质水热分解器中，内部温度冷却部件将温度调节到一个温降区，例如，从200℃至140℃或更低，在该温降区中，温度迅速降至某个温度，在该温度下，紧随水热分解完成后，热水可溶的级分未过度分解。本专利技术旨在提供一种用于淬灭在亚临界或超临界条件下经历液化的一种生物质材料的最优方法。专利技术概述上面较后指出的目的通过淬灭一种生物质原料的水热、稀酸水解反应的方法予以实现，其中通过一种水性单体和/或低聚体糖混合物的瞬时冷却(也称为闪蒸)减缓或终止该水性单体和/或低聚体糖混合物的降解，并且其中该瞬时冷却保证通过一种正在形成的蒸汽流除去一部分已溶解且具挥发性的降解副产物，并且其中将一种木质素组分(如果存在的话)固化为具有良好脱水特性的结构，允许之后通过分离去除该木质素组分，所述方法产生了一种糖单体和/或低聚体水解液。就本专利技术而言，表述“瞬时冷却”不仅仅是指一种常规的冷却，并且因此，根据本专利技术，表述“其中该瞬时冷却保证通过一种正在形成的蒸汽流除去一部分已溶解且具挥发性的降解副产物”也至关重要。根据本专利技术，瞬时冷却是指闪蒸已经发生。闪蒸是液体在经历减至其蒸汽压之下的压力时形成汽相的过程。在减压下，蒸汽和残余液体均被冷却(即瞬时冷却)至液体的饱和温度。在WO 2011/091044中披露了一种用于持续处理生物质的方法，其中使该生物质与第一超临界、近临界或亚临界流体接触，以形成一种固体基质和第一液体部分；以及一个水解步骤，其中使所述预处理步骤中形成的固体基质与第二超临界或近临界流体接触，以产生第二液体级分和一种不可溶的含木质素级分。在WO 2011/091044中，瞬时冷却被作为一种可能的冷却步骤提出，然而在这种情况下，是指一种不同类型的输入流被瞬时冷却至一个非常低的温度，并且因此，当与本专利技术相比较时，就条件而言，是一种不同的方法。另外，在WO 2011/091044中，超临界、近临界或亚临界流体可以含有CO2。另外，当与本专利技术相比时，分离和后续处理也是不同的。就本专利技术而言，存在若干令人感兴趣的方面。一个显而易见的第一方面是最终溶液中单体和/或低聚体的高产率，并且其中降解未被驱动太远。根据本专利技术，在这个或这些闪蒸步骤中除去生成的蒸汽级分会影响产物溶液的浓度。方法条件可从例如具有一个固相和一个液相的双相系统变为固相吸附/吸收液体的系统，根据本专利技术，各种变体仍可能产生高度浓缩的糖而无需例如蒸发器操作。除了对水解期间水性单体和/或低聚体糖混合物的降解有影响的温度和pH外，其他方面也可以具有重要意义。一个这样的方面即形成有害产物，即发酵和/或厌氧消化作用的抑制剂，并且当然将此类水平保持地尽可能低，如例如通过除去此类抑制剂。另一方面是优化纤维素消晶的实现条件。如果存在木质素，则涉及本专利技术的其他核心方面，并且在那种情况下，确保其中的木质素冻结和凝固，从而允许木质素释放和分离。此外，热回收和副产物回收也可以是令人感兴趣的核心方面。本专利技术的具体实施例下文将讨论本专利技术的具体实施例。根据一个具体实施例，瞬时冷却只以一个步骤实施。根据另一个具体实施例，瞬时冷却以至少两个步骤实施。应该注意的是，根据本专利技术，若干个步骤，如三个步骤或四个步骤或甚至更多个步骤，也是可能的，其中在若干个步骤中减小压力并且因此降低温度。根据水和其他挥发性物质的蒸汽温度/压力关系，闪蒸罐的压力决定了产物溶液的温度，并且是控制闪蒸的主要手段并且因此是一个重要的参数。闪蒸步骤前后的即时温度和压力决定了生成的蒸汽量。从能源效率或能源回收的观点来看，多若干个步骤可能是有益的。当然，降温的幅度是瞬时冷却的一个重要参数。降温的幅度可以随所采用的步骤数量、使用的起始材料、其他条件等变化而变化。根据本专利技术的一个具体实施例，按一个步骤或多个步骤进行的整个瞬时冷却的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于淬灭一种生物质原料的水热、稀酸水解反应的一种方法，其中通过一种水性单体和/或低聚体糖混合物的瞬时冷却减缓或终止该水性单体和/或低聚体糖混合物的降解，并且其中该瞬时冷却保证通过一种正在形成的蒸汽流除去一部分已溶解且具挥发性的降解副产物，并且其中将一种木质素组分，如果存在的话，固化为具有良好脱水特性的结构，允许之后通过分离去除木质素组分，所述方法产生了糖单体和/或低聚体的水解液。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.11.08 SE PCT/SE2012/051215;2013.05.08 SE 13501.用于淬灭一种生物质原料的水热、稀酸水解反应的一种方法，其中通
过一种水性单体和/或低聚体糖混合物的瞬时冷却减缓或终止该水性单体
和/或低聚体糖混合物的降解，并且其中该瞬时冷却保证通过一种正在形成
的蒸汽流除去一部分已溶解且具挥发性的降解副产物，并且其中将一种木
质素组分，如果存在的话，固化为具有良好脱水特性的结构，允许之后通
过分离去除木质素组分，所述方法产生了糖单体和/或低聚体的水解液。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该瞬时冷却按仅仅一个步骤实施。
3.根据权利要求1所述的方法，其中该瞬时冷却按至少两个步骤实施。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中按一步或多步实施的
整个瞬时冷却在40℃至280℃的温度范围内实施。
5.根据权利要求4所述的方法，其中按一步或多步实施的整个瞬时冷却
在100℃至230℃的温度范围内实施。
6.根据权利要求5所述的方法，其中按一步或多步实施的整个瞬时冷却
在100℃至210℃的温度范围内实施。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的方法，其中第一瞬时冷却步骤实
施的温度范围为190℃至220℃，并且第二瞬时冷却步骤实施的温度范围
为100℃至190℃。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中该瞬时冷却在至少一

\t个闪蒸罐中实施，其之前是一个减压装置。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中经受瞬时冷却的该水
性单体和/或低聚体糖混合物含有水溶性半纤维素、固体纤维素和木质素，
并且其中，所述方法产生糖单体和/或低聚体的水解脱木质素溶液。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中经受瞬时冷却的该水
性单体和/或低聚体糖混合物含有水溶性纤维素低聚体和固体木质素，并且
其中，所述方法产生糖单体和/或低聚体的水解脱木质素溶液。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中经受瞬时冷却的该水
性单体和/或低聚体糖混合物含有源于半纤维素和纤维素的水溶性糖组分
以及固体木质素，并且其中，所述方法产生糖单体和/或低聚体的水解脱木
质素溶液。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中经受瞬时冷却的该水
性单体和/或低聚体糖混合物含有源于半纤维素和/或纤维素的水溶性糖组
分。
13.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中生成的闪蒸蒸汽用于加
热其他加工操作。
14.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中刚好位于闪蒸器上游的
压力控制装置是一个i)控制/节流阀、ii)小内径管、iii)一个孔板、iv)
反向作用泵或v)i)至iv)中的任何装置的组合。
15.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中该方法还涉及蒸馏、吸
附、吸收、过滤和/或副产物的分离与回收。
16.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中该方法还可涉及在该瞬
时冷却步骤中添加一种添加剂。
17.根据权利要求16所述的方法，其中该添加剂是一种碱和/或一种消泡
剂。
18.根据上述权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德斯·卡利尤斯，安德列亚斯·格拉姆，戈兰·卡尔森，赫伊屈尔·约翰内松，托尔斯滕·沃纳，
申请(专利权)人：瑞恩麦特克斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US