用于对木质纤维素生物质进行水热预处理的方法和装置制造方法及图纸

提供用于对木质纤维素生物质进行水热预处理的方法和装置。机械上简单和价廉的立式蒸汽反应器从顶部用生物质进行进料，同时通过操作可移动的上部限制器构件和下部限制器构件将预处理物料以稳定状态从底部移除，所述上部限制器构件和下部限制器构件在接合时横跨所述反应器截面突出。通过所述上部限制器构件支撑生物质的垂直柱。从所述反应器截面周期性地抽出此上部限制器构件，从而使所述生物质柱通过重力降落至所述下部限制器构件上。然后再插入所述上部限制器构件，在这之后抽出所述下部限制器构件，从而使预处理物料的“填塞”通过重力移除。使用已在往复式活塞压机中压缩到至少500kg/m

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对木质纤维生物质进行水热预处理的方法和装置
本专利技术涉及用于对木质纤维生物质进行水热预处理的方法和装置。专利技术背景在所谓的“第二代”生物精炼中，乙醇和/或其它有用产物是通过对衍生自木质纤维生物质的纤维素和半纤维素链的5碳糖和6碳糖进行发酵来产生的。在许多“第二代”系统中，可发酵糖是通过使用市售可得的纤维素酶制剂或酶分泌微生物来对生物质进料进行酶促水解而产生的。有效的酶促水解通常需要对生物质进料进行一定形式的预处理以便使纤维素链更容易获得。一类特别吸引人的预处理方法是所谓的“水热”预处理。在这些方法中，在对应于4-23巴之间压力的150-220℃之间的温度下，在具有或不具有添加的酸、碱或其它化学药品的情况下，将加压和通常饱和的蒸汽施加于进料，以便熔融木质素和部分水解半纤维素成可溶性单糖和多糖，由此改进纤维素链的可获得性。水热预处理系统的资金成本通常是“第二代”生物精炼中总资金成本的重要组成部分——多达20％或更多。适合于大规模加工的加压蒸汽反应器已被证明是昂贵的，在部分程度上是因为需要精细的加载系统以在环境压力下加工生物质进料。已报道了各种此类加载系统，包括“螺旋塞”进料器，所述进料器在将生物质引入反应器中的同时压缩生物质从而形成压力紧密密封。其它加载系统包括诸如WO2011024145中所描述的精细闸装置以及诸如WO2010058285中所描述的“低密度”塞式系统。对于加压蒸汽反应器而言，资金成本的另一重要组成部分是对用于连续生物质输送的机械构件和内部搅动系统的要求。使用此处描述的立式“塞流”反应器的实施方案，水热预处理系统的资金成本可大大降低。生物质经过加压蒸汽反应器的等动能或“塞流”输送由重力单独驱动。有效地，仅有的移动部件是机械上简单的“限制器构件”，所述限制器构件的周期性运动使限定量的预处理生物质从反应器下部以一定间隔移除，从而提供稳定状态的进料输入和预处理生物质输出。可以应用本专利技术的实施方案，其中具体优点在于加工先前使用往复式活塞压机经历机械压缩到至少500kg/m3的堆积密度的生物质进料。如在此特意以全文引用方式并入的WO2013/152771中所描述的，机械压缩到此堆积密度水平的这种方式产生机械引起的蒸气膨胀或“蒸汽爆炸”，这大大改变物料的物理性质。最值得注意地，木质纤维进料吸附水的容量在吸附发生速率和总持水容量方面均大大提高。例如，如WO2013/152771中所描述的，经历“机械蒸汽爆炸”的小麦秆通常可在水中吸收其自身重量的5与10倍之间。使用以这种方式压缩的进料，不需要预浸泡物料以便在预处理期间达到适合的含水量。受压缩生物质在加压反应器内非常迅速地吸收水。在反应器温度和压力下可容易地引入额外含水量以便控制反应器内吸收的水量，从而在预处理期间达到最优含水量。因此，可使用机械上简单和价廉的闸加载器来将相对大量的“机械蒸汽爆炸的”、具有低含水量的、受压缩进料有利地引入加压蒸汽反应器中。此外，在预处理期间的蒸汽消耗可按这种方式大大降低。生物质进料通常在65重量％-80重量％之间的含水量下经历水热预处理。参见例如Larsen等人(2008)；Petersen等人(2009)；Kootstra等人(2009)；Larsen等人(2012)。在反应器内向具有低含水量的受压缩生物质添加热水的情况下，过量水的浪费加热得以避免。还得以避免的是不需要的含水量增加，这是由于与对生物质进料的含水量从环境温度起进行加热相关联的蒸汽冷凝而发生的。附图说明图1示出本专利技术的设备的一个实施方案。图2示出限制器构件的一个实施方案。图3示出反应器容器的替代实施方案。图4示出反应器容器的另一替代实施方案。专利技术详述在一些实施方案中，本专利技术提供用于对木质纤维生物质进行水热预处理的设备，所述设备包括：大致立式的反应器容器，所述反应器容器适合于加压至4与23巴之间并且具有位于其上部的生物质入口、位于其下部的生物质出口和一个或多个蒸汽入口，以及上部限制器构件和下部限制器构件，所述限制器构件位于所述反应器容器的下部和可在缩回位置与接合位置之间移动，在所述缩回位置中所述限制器构件不堵塞生物质经过所述容器的通路，在所述接合位置中所述限制器构件通过横跨所述反应器容器截面形成物理障碍物来堵塞生物质的通路。在一些实施方案中，加压容量可在5与12巴之间，或在4.7与10巴之间，或在7与12巴之间。在一些实施方案中，所述设备进一步包括生物质入口闸容器，所述入口闸容器任选地大致立式、位于大致立式的反应器容器的顶部上方、任选地与生物质进料输入传送器连通。在一些实施方案中，所述设备进一步包括生物质出口闸容器，所述出口闸容器任选地大致立式、位于大致立式的反应器容器的底部下方。在一些实施方案中，反应器容器或生物质入口闸容器或两者装配有用于注入加压热水的构件。在一些实施方案中，限制器构件和其驱动机构位于加压附加容器内，所述附加容器可从主反应器容器中移除以用于维护。在一些实施方案中，本专利技术提供用于对木质纤维生物质进行水热预处理的方法，所述方法包括以下步骤：经过位于大致立式的加压反应器容器的上部的入口引入生物质进料，在所述反应器容器中蒸汽压力维持在4与23巴之间以便将温度维持在150-220℃之间的水平，并且所述反应器容器以这种方式在其下部装配有上部限制器构件和下部限制器构件，所述方式使得进入的进料落在先前引入的生物质柱的顶部上，所述生物质柱由上部限制器构件支撑在反应器内，接着缩回上部限制器构件以使生物质柱向下降落以由下部限制器构件支撑，接着穿过生物质柱再插入上部限制器构件以便将生物质柱支撑在上部限制器构件上方，接着缩回下部限制器构件以使由下部限制器构件支撑的一定量的生物质向下降落至位于反应器容器下部的出口。在一些实施方案中，生物质进料的引入以离散批次来实现。在一些实施方案中，所述方法可使用如所描述的设备的任何实施方案来实践。例如，本专利技术的方法的另一限制可涉及限制器构件和其驱动机构在附加容器内的位置，所述附加容器可从主反应器容器中移除以用于维护。如本领域技术人员将容易理解的，所述方法的实施方案通常经实践以便实现进料输入和来自反应器容器的预处理生物质输出的稳定状态。任何给定反应器中的上部限制器构件与下部限制器构件之间的垂直距离限定通过限制器构件的缩回和再插入的一个循环在一个“批次”中所移除的预处理生物质的量。在一些实施方案中，加压反应器容器可装配有水平检测器构件，所述水平检测器构件提供测量信号以通知调控进料输入速率的控制过程。如众所周知的，木质纤维生物质的蒸汽预处理通常由条件的所谓“苛刻度”来定义。参数Ro，通常称为其log值，往往在本领域中用来定义预处理苛刻度，合并有进行预处理的温度以及在该温度下生物质的停留时间两个因子：Ro＝tEXP[T-100/14.75]，其中t是以分钟计的停留时间并且T是以摄氏度计的温度。例如，在反应器温度维持在对应于10巴饱和蒸汽压力的180℃的情况下，并且在生物质进料停留于该条件30分钟的情况下，预处理苛刻度将为logRo＝3.84。在本专利技术的实施方案中，有利的是实现生物质经过立式反应器的等动能“塞流”，其中重力驱动的输送受限制器构件的周期性缩回和再插入控制。在进入的进料一致地经过反应器容器降落以便在预定义蒸汽压本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于对木质纤维生物质进行水热预处理的设备，所述设备包括：大致立式的反应器容器，所述反应器容器适合于加压至4与23巴之间并且具有位于其上部的生物质入口、位于其下部的生物质出口和一个或多个蒸汽入口，以及上部限制器构件和下部限制器构件，所述限制器构件位于所述反应器容器的下部和可在缩回位置与接合位置之间移动，在所述缩回位置中所述限制器构件不堵塞生物质经过所述容器的通路，在所述接合位置中所述限制器构件通过横跨所述反应器容器的截面形成物理障碍物来堵塞生物质的所述通路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.13 DK PCT/DK2014/0501321.用于对木质纤维生物质进行水热预处理的设备，所述设备包括：大致立式的反应器容器，所述反应器容器适合于加压至4与23巴之间并且具有位于其上部的生物质入口、位于其下部的生物质出口和一个或多个蒸汽入口，以及上部限制器构件和下部限制器构件，所述限制器构件位于所述反应器容器的下部和可在缩回位置与接合位置之间移动，在所述缩回位置中所述限制器构件不堵塞生物质经过所述容器的通路，在所述接合位置中所述限制器构件通过横跨所述反应器容器的截面形成物理障碍物来堵塞生物质的所述通路。2.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括大致立式的生物质入口闸容器，所述生物质入口闸容器位于所述大致立式的反应器容器上方，并且其中所述生物质入口包括入口阀。3.根据权利要求2所述的设备，其中所述生物质入口闸容器与生物质进料输入传送器连通。4.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括大致立式的生物质出口闸容器，所述生物质出口闸容器位于所述大致立式的反应器容器下方，并且其中所述生物质出口包括出口阀。5.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括用于注入加压热水的构件，所述构件位于所述反应器容器的上部。6.根据权利要求1所述的设备，其中所述上部限制器构件和下部限制器构件以及它们的驱动机构位于可容易移除的附加容器内，所述附加容器适合于加压至4与23巴之间。7.用于对木质纤维生物质进行水热预处理的方法，所述方法包括以下步骤：经过位于大致立式的加压反应器容器的上部的入口引入生物质进料，在所述反应器容器中蒸汽压力维持在4与23巴之间以便将温度维持在150-220℃之间的水平，并且所述反应器容器以这种方式在其下部装配有上部限制器构件和下部限制器构件，所述方式使得进入的进料落在先前引入的生物质柱的顶部上，所述生物质柱由所述上部限制器构件支撑在所述反应器内，接着缩回所述上部限制器构件以使所述生物质柱向下降落以由所述下部限制器构件支撑，接着穿过所述生物质柱再插入所述上部限制器构件以便将所述生物质柱支撑在所述上部限制器构件上方，接着缩回所述下部限制器构件以使由所述下部限制器构件支撑的一定量的生物质向下降落至位于所述反应器容器的下部的出口。8.根据权利要求7所述的方法，所述方法经实践以便实现预处理生物质的进料输入和输出的稳定状...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·尤尔斯范思，T·邦德，
申请(专利权)人：生物燃料技术股份公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK