用于生产生物质制剂的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于生物质制备（生物质组合）的设备和方法，特指一种可发酵的生物质制备，其通过生物、机械和/或微生物活化剂热活化的组合，使其能够针对难以被消解的生物反应物，特别是生物质中的木质素，消解并使其可发酵。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
:本专利技术涉及一种用于生物质制备（生物质组合）的设备和方法，特指一种可发酵的生物质制备，其通过生物、机械和/或微生物活化剂热活化的组合，使其能够针对难以被消解的生物反应物，特别是生物质中的木质素，消解并使其可发酵。
技术介绍
:传统的沼气设备以水解化和甲烷化细菌行作业工作，其可将含糖物质等容易发酵的碳化合物代谢成甲烷。一般而言，沼气为有机基质经厌氧发酵和腐败等过程所产生的气体混合物，沼气的主要能量来源主要由甲烷（约起始材料体积的50-80％）、二氧化碳（体积的19-49％）和水蒸汽（体积的1-4％）组成。燃烧时，可以转化例如为能量、氧和二氧化碳。然而，现有技术的沼气系统具有如下缺点：对于尤其是木质纤维素，例如秸秆等起始材料，其完全不能或几乎不能或者只能以很慢的速度发酵。在传统的沼气设备中，鉴于经济原因，生物质在发酵器中停留的时间有限，因此未能发酵的生物质超过50％以上。其效率低，因此起始材料使用消耗率高，在原料价格高涨时期，经济上非常不利，并危及传统沼气设备的收益。已经开发的嗜热沼气反应器，可在较高的温度条件下发酵，藉此，难以发酵的物质成分可以较容易被消解以及被甲烷化；但仍残留相当数量未发酵的生物质成分，特别是秸秆生物质，即使在总产率已超过50％碳量的情况下，仍导致最终处置库内形成浮动层。植物生物质包括特别是纤维素、半纤维素和木质素，木质纤维素由木质素层保护，因此，若无进一步的预处理，其不能被发酵或者是仅能以非常缓慢的速度发酵。近年来开发了许多系统，通过起始材料的捣碎以达到更好的发酵，然而，这些系统能量消耗高，特别是用于机械驱动的耗电量较高，借此所提高的效率相较之下为低，或者是几乎无效率，而且更是远远达不到能够消解木质素的程度。此外也开发出生物和生化物质方法，以优化沼气设备的发酵代谢过程，通过这些方法可以纠正微生物代谢过程的缺失，借此可以提高产量。但是，上述该些方法并不能改变起始材料木质纤维素发酵不佳的事实，若是原料50％以上为秸秆生物质，例如玉米青贮，则秸秆几乎不可能发酵这一缺失相形严重；使用传统技术，通常仍然会有50％左右宝贵的生物质起始材料未能被发酵，使用秸秆含量高的生物质原料，如马粪，其发酵往往很困难且效率低。因此，近年来发展出一种使用蒸汽的活化方法，不过，在此的问题是，蒸汽必须直接在沼气设备中形成，亦即代价高昂，然而已经证实，藉由蒸汽消解之后，其甲烷化的整体效率仍不能充分提高；至目前为止，例如含有秸秆的木质纤维素生物质的最完全消解，以及通过该方法以达成生物质原料的更完整发酵，其成果仍然无法令人满意；此外，该方法还应该高效、安全和具有经济效益。木质素由固体生物聚合物组成，其可以存储于植物细胞壁上，并由此使植物细胞木质化。木质素特别是负责植物的抗压强度，可见于茎、秆和/或外壳中。木质素的自然生物降解，其发生非常缓慢，在生物学上是一复杂而完整的过程，木质素的降解总是在有氧条件下发生，且能量非常密集，因此不能作为唯一碳源和能源使用，也因此木质素的自然降解不能被生物质发电设备所利用。木质素的降解技术，特别是在纸浆生产过程中起重要作用，纸浆生产时，必须将木质素从木质纤维素中释放出来，并在过程中除去。纤维素降解和随后的纸浆漂白使用不同方法，约80％的纸浆厂中的消解使用所谓的硫酸盐法，也称为硫酸盐制浆法；纤维素降解的另一种方法是使用亚硫酸盐法，其中木质素的降解以磺化进行之。德国专利DE102005030895A1描述了一种用于消解存在于分散液中的生物材料的设备，其具有输送该材料的容器，其中一组是由离散的声音发生器引入，尤其是超声波，该设备用于制造碎片，在此，超声波发生器的热能输入量，足使下游侧的发酵在适当温度下得以进行；所描述的该设备一起与发酵器、沼气于热电联产发电厂中使用，说明中提到，为使发酵器内容物充分混合，在高压下从下方注入制备的量体。德国专利DE102011113646B3描述了一种用于消解的容器，其用于接收秸秆束并用于供给预热酸/水混合物，其中该供给通过注射装置或者通过底部的筛分组件达成，而该筛分组件可从固体生物质中分离出液态水解物，优选的，该活化于140-160℃下发生，使用无机酸或有机酸，并可降解50％的木质素，而超过75％的半纤维素可被转化为单糖。德国专利DE3138309A1描述了一种用于木材和其他木素纤维素物质的消解方法，其使用活在肠道的动物，它们主要被发现存在于白蚁共生现象中。另外描述原生动物和细菌于分离和繁殖后被冻结或被冷冻干燥。德国专利DE102011118067A1描述了一种活化过程，其中添加了醋酸形成剂，通过所述活化剂促进转化成酸并维持其形式，“酸”在此亦可被理解为乙酸盐，乙酸所成的盐，因为在生物化学过程中大部分会出现阴离子CH3COO，形成所谓的乙酸盐缓冲液，其利用活乙酸菌以及由糖醇和水制成的悬浮液，其中该悬浮液通常每立方米添加有1升的生物量，替选地，可以添加活酵母；该活化反应发生于pH值低于4时，该设备采用螺旋搅拌器。德国专利DE19858187C2描述了一种用于减少可腐化物质的有机部分的方法和设备，其中，第一厌氧消化阶段与热分解，与随后的第二厌氧消化阶段结合，尽管使用了热分解，也只能达成半纤维素的消解，而木质素仍无法被消解，藉此大约只能提高10％左右的能量产率。利用所有这些已知方法虽然也可以降解木质素，但其成果并不符合经济效益，到目前为止，发酵器内木质素的降解，在技术和经济层面上仍是效果不彰。因此至今为止，含有木质纤维素的植物成分仍然未能被利用而只能成为沼渣（在沼气池中高达生物质的50％）。
技术实现思路
:本专利技术的目的是提供一种生物质制备的设备和方法，藉此，即使具有非常高含量木质素的生物质，例如谷物秸秆、马粪、树木截枝、沼渣和芒草或C4植物等，皆可以做为起始材料（反应物）使用，而包含在反应物中的有机碳含量可以尽可能完全被转化成富含能量的烃（例如甲烷）。本专利技术的目的可进一步通过一种用于生物质制备的方法实现，其包括：a）提供一难以被消解的生物反应物；b）提供一用于消解该反应物的试剂，在超过温度TA时可被活化，而其中TA>55℃；以及c）活化该反应物和该试剂的组合，以消解该反应物。实施例中该方法还可以包括：d）提供一用于增加压力或输送体积的装置。在此，本专利技术的方法包括组合中的任选步骤，其中该组合由该反应物和该试剂组合而成并用于消解该反应物，其中并在热装置之前或之后，使用一例如泵或压缩机的升压装置，将压力提高至P>PA。本专利技术的方法特别有利于高效生产可发酵生物质组合物，尤其是含木质素反应物的消解，特别是生产所谓沼气，然而本专利技术并不局限于此。本专利技术的方法主要奠基于微生物活化剂的热活化作用，其中该活化剂可消解该反应物（以下也称为用于消解该反应物的试剂），并可藉由升压而提升其消解能力。该活化剂与目前为止所使用的方法具有本质上的差异。本专利技术的微生物活化剂中含有约每毫升1000亿颗大量的嗜热嗜压微生物颗粒，特别优选的活化条件为温度介于65至85℃之间；优选为温度介于70至80℃之间，而压力介于2巴至6巴之间。该活化剂可事先在预混合器内弹性添加于该固体起始材料中；可替选地，该活化剂已经事先加入并在预混合器中混合，而成为起始材料的组成成分；该活化剂例如可加入例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生物质制备的方法,包括以下步骤:a）提供一难以被消解的生物反应物；b）提供一用于消解该反应物的试剂，在超过温度TA时可被活化，而其中TA > 55℃；以及c）活化该反应物和该试剂的组合，以藉由一热活化装置消解该反应物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.03 DE 102014003159.4;2014.03.03 DE 20201401.一种用于生物质制备的方法,包括以下步骤:a）提供一难以被消解的生物反应物；b）提供一用于消解该反应物的试剂，在超过温度TA时可被活化，而其中TA>55℃；以及c）活化该反应物和该试剂的组合，以藉由一热活化装置消解该反应物。2.根据权利要求1所述的方法,其中所述反应物含有木质素。3.权利要求1或2所述的方法,其中所述反应物为固体，或在步骤a）之前进行机械粉碎。4.根据权利要求3所述的方法,其中所述反应物在步骤a）或b）之后与一液体进行混合。5.根据权利要求4所述的方法,其中所述混合物温度达到温度T，其中ΤΊ<TA。6.根据权利要求4或5所述的方法,其中所述混合物的TS值被设定于9至15之间。7.根据权利要求6所述的方法,其中所述混合物的TS值被设定于10至15之间。8.根据前述权利要求之一所述的方法,其中TA>70℃。9.根据前述权利要求之一所述的方法,其中所述反应混合物于步骤c）之后，被输往一发酵器。10.根据权利要求9所述的方法,其中所述反应混合物于输往该发酵器之前被冷却至温度TF，其中TF<TA。11.根据前述权利要求之一所述的方法,其中所述反应物与活化剂的组合于活化之中或之前被压缩成具有大于一活化压力，其中所述活化压力大于1.3巴以上。12.根据前述权利要求之一所述的方法,其中所述活化作用开始于，至少一种微生物组分开始剥离木质素层，以及然后至少一种微生物组分开始消解木质素碎片。13.根据前述权利要求之...

【专利技术属性】
技术研发人员：马缇亚斯·瓦克保尔，
申请(专利权)人：MWK仿生学有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE