木质纤维素原料的预处理工艺制造技术

公开了用于将木质纤维素原料从低压区输送至高压区的工艺。首先提供所述木质纤维素原料的浆料，其然后经历包括如下的多步骤液体除去过程：通过重力将游离液体的至少一部分排泄；在低压区中通过如下而除去第一部分的毛细管液体：将所述木质纤维素原料的物流连续地压缩以达到在第一目标范围内的水分含量；通过如下而除去第二部分的毛细管液体：在柱塞物形成装置中剪切和压缩所述木质纤维素物流，以在连接至高压区的柱塞物形成装置出口处形成具有在第二目标范围内的水分含量的木质纤维素原料柱塞物。在第一部分的所述毛细管液体的除去中，在将所述经排泄的木质纤维素原料的物流在带式压滤机的流动方向上传送的同时，至少一个第一压缩装置将所述经排泄的木质纤维素原料的物流连续地压缩至第一控制压力。

Pretreatment process of lignocellulose material

A process for delivering lignocellulosic material from a low-pressure zone to a high-pressure zone is disclosed. The first slurry supply of lignocellulosic materials, then the experience includes steps as follows: the process of liquid removing at least a portion of the free fluid excretion by gravity; in the low pressure area by following removal of capillary liquid: the first part of the wood fiber raw material logistics continuous compression to achieve the goal in the first in the range of water content; and through the following second parts: the removal of capillary liquid forming device in shear and compression of the lignocellulose logistics in the plunger, the plunger connected to form a high pressure area to the device at the outlet of the formation of lignocellulosic materials with water content in the second piston within the target range of the. In the first part of the capillary liquid removal, in the excretion of lignocellulosic materials flow in the flow direction of belt type filter press at the same time, at least a first compression device logistics the excretion of lignocellulosic materials to the first continuous compressive pressure control.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】木质纤维素原料的预处理工艺描述
技术介绍
木质纤维素原料可被转化为有用的化合物例如生物燃料和生物化学制品，但是通常需要预处理来打破木质纤维素结构以提高其中包含的碳水化合物的可接近性。迄今为止已经开发了许多水热预处理，其在液态水或者蒸汽的存在下处理原料，全部是在加压环境中发生的。压力通常是通过水或者蒸汽注入而实现的。蒸汽爆炸是广泛使用的预处理，其中蒸汽压力快速释放以导致木质纤维素结构的爆炸性破裂。因此，干的接收到转化设施中的原料必须从大气压输送至工艺压力。由于工业中的转化工艺典型地以连续方式进行，因此原料物流必须在防止灾难性的压力损失的同时进入加压区，所述压力损失可扰乱压力条件，从而使设施操作停止，并且导致对操作者的严重伤害。加压区可为加压预处理反应器或者在预处理反应器上游的加压区。虽然已经实施了不同的解决方案以在中试规模上将原料连续地输送至加压反应器，但是在工业规模上稳定的连续输送仍然是严重问题，因为原料必须以非常高的质量流量(典型地好几十或者几百公吨/小时)输送。在工业规模上输送粉碎的低密度生物质例如秸秆原料方面产生另外的问题。由于原料的低密度，因此输送高的质量流量意味着搬运(装卸、操纵，handling)惊人的体积流量(以立方米/小时计)。在使用容积式(volumetric)装置例如生物质压缩机来将轻质原料输送至所述设施的加压段的情况下，该问题变得关键。在这些条件下，容积式装置在输送速率方面呈现出瓶颈。迄今为止已经开发了不同的策略来在处于渐增压力的区之间输送原料。根据第一种策略，将连续的原料物流划分成等分部分(aliquot)，各等分部分被相继地输送至高压区，从而将两个区保持为隔离的。作为一个实例，US7600960公开了基于闸门(sluice)系统的方法，根据该方法，首先将产物传送通过计量(portioning)装置，其产生相隔均匀的颗粒自由空间的一序列均匀的产物部分，随后将产物部分各个地传送通过闸门装置。所述装置包括至少一个闸门腔室和两个压力栓，所述压力栓的至少一个在任何时刻保证两个压力区之间的气密阻隔，并且通过活塞螺杆将产物部分从第一区强制加载到闸门腔室中，所述活塞螺杆的轴实际上与闸门腔室的轴成一直线；和通过活塞螺杆或活塞或者通过以比第二压力区的压力高的压力供应的气体、蒸汽或者液体将产物部分从闸门腔室强制卸载并且进入到第二压力区中。US7600960的方法本质上是复杂的，需要长序列的操作来输送少部分的原料，从而限制了原料输送速率。此外，压力栓在长的操作时间时经历故障，并且可被堵塞，尤其是在输送以高的速率操作时。根据用于将原料物流输送至高压区的第二种策略，首先将原料与水或者其它液体混合以形成稀释的浆料，其更容易被传送通过在压力下的不同的预处理工艺步骤。由此，将原料以浆料形式从低压区输送至高压区。水的添加促进了在预处理反应器上游和预处理反应器内的单元操作中木质纤维素原料的运输和机械搬运。可使用一系列专门设计的泵将木质纤维素原料的浆料加压至高于高压区中的压力。在一些情况下，为了被输送至高压区，将稀释的原料浆料通过浆料泵而泵至中间压力和进料至高压进料装置，其可为旋转输送装置或者柱塞物(栓状物、栓塞物，plug)形成装置。这些解决方案(特别是针对纸浆和造纸工业中使用的木片原料)的实例公开于US5476572、US5622598和US5635025及US5766418中。如这些专利中描述的，使用浆料泵将浆料进料至高压输送装置使所需要的系统的复杂性和物理尺寸显著地减小，并且提高了可操作性和可维护性的容易性。US6325890公开了用于将粉碎的纤维素纤维材料例如木片进料至处理容器例如连续蒸煮器(digester)的顶部系统和方法。所公开的方法和系统通过消除US5476572、US5622598和US5635025及US5766418中使用的高压输送装置而提供提升的简单性、可操作性和可维护性。代替高压输送装置，使用位于处理容器顶部以下至少30英尺并且用于将浆料加压至至少约10巴表压的压力的一个或多个浆料泵将经汽蒸并且浆料化的木片加压。US6325890由此公开了通过使用高压浆料泵将粉碎的纤维素纤维材料直接输送至蒸煮器的方法。所提及的用于输送浆料形式的原料的解决方案存在许多缺点。首先，将原料浆料稀释并且所存在的液体的质量通常为所存在的原料固体的至少5-25倍以使浆料均匀地流动。这暗示着，在工业规模上应当管理可观量的液体，其可容易地达到数千公吨/小时的流速。由于在大气压下这可能不是严重问题，因此通过高压浆料泵对这样的流速进行加压和泵送是不合理的。其次，高压区典型地是通过在高温下的蒸汽注入以加热原料而加压的。该加热所需要的蒸汽的量是浆料的总质量(包括用于浆料的运输的水添加)的直接函数。因此，大量水的存在需要大量的蒸汽来用于所述加热。根据用于将原料物流输送至高压区的第三种策略，通过连接至例如螺旋压榨机、螺旋进料器、压缩机、挤出机和类似装置的柱塞物形成装置将原料输送至高压区。将原料处理成达到合适的水分含量，然后插入到柱塞物形成装置中，在柱塞物形成装置中其被推进和连续地压缩以在连接至高压区的柱塞物形成装置出口处形成原料柱塞物。同时，由于在柱塞物形成装置中的机械作用，将液体从原料除去。原料柱塞物原则上能够动态地密封高压区，从而防止蒸汽损失，但是由于频繁的柱塞物不均匀性，其无法在工业规模上的高的流速下工作。该解决方案的主要缺点是如下事实：该密封用柱塞物通常无法连续地工作，并且柱塞物损失极其频繁。此外，在高的流速下，柱塞物损失频率增加。另一问题由如下所呈现：这样的用于压缩原料的装置的高能耗，这也暗示着耗散所产生的热。另外的问题是，液体从柱塞物形成装置的有效除去，以防止不可压缩的流体的积聚。US8691050公开了用于通过“流动进料器”将粒状材料连续地输送到加压蒸汽反应器中的方法和装置。材料例如木质纤维素生物质原料被压实为<700kg/m3的“低密度”柱塞物，其通过利用蒸汽冷凝区而提供对加压蒸汽的动态密封。蒸汽冷凝区移动到“低密度”柱塞物中的速率被将压实的材料进料到加压反应器中的速率所抵消。优选的装置通过使用反抗由卸载装置提供的反压力工作的加载装置而在流动进料器腔室内将材料压实。压实的材料被卸载装置主动地瓦解和进料到反应器中。在优选实施方式中，压实的材料是在其中蒸汽冷凝区和低压入口区之间的界面在流动进料器腔室内保持静止的稳态操作中进料的。即使US8691050公开的解决方案减少了形成柱塞物所需要的能量，其也无法在现实应用中工作，因为完美的稳态是不可能长期保持的并且柱塞物损失增加。US8328947公开了用于将木质纤维素原料中的多糖水解以产生单糖或者用于预处理木质纤维素原料的方法，其中将木质纤维素原料的含水浆料进料到加压脱水区中，在所述加压脱水区中将原料部分地脱水，然后压缩成柱塞物。所述柱塞物提供脱水区的出口和反应区之间的压力密封。在US8328947中，提供用于将木质纤维素原料中的多糖水解以产生单糖或者用于预处理木质纤维素原料的方法，其中将木质纤维素原料的含水浆料通过高压浆料泵进料到加压脱水区中，在所述加压脱水区中将原料部分地脱水。所述脱水区包括用于在压力下从所述含水原料浆料除水的一个或多个装置。适合用于该专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有起始液体保持能力和小于第一目标范围的起始水分含量的木质纤维素原料的连续预处理工艺，所述工艺包括如下步骤：a.提供所述木质纤维素原料的浆料；b.通过重力将所述浆料的游离液体的至少一部分排泄以产生包含毛细管液体的经排泄的木质纤维素原料；c.在低压区中通过如下除去第一部分的所述毛细管液体：将所述经排泄的木质纤维素原料的物流以在大于1:1至12:1范围内的压缩比压缩，以产生经脱水的木质纤维素原料物流，所述经脱水的木质纤维素原料物流具有在为65％‑85％的第一目标范围内的水分含量；d.通过如下从所述经脱水的木质纤维素原料物流除去第二部分的所述毛细管液体：在柱塞物形成装置中剪切和压缩所述经脱水的木质纤维素原料物流，以形成木质纤维素原料柱塞物和将其推进到连接至所述柱塞物形成装置柱塞物的出口的高压反应器；e.使所述木质纤维素原料在处于液相或者蒸汽相或者其混合物的水的存在下在160℃‑250℃范围内的水热温度下经历水热处理在10秒‑2小时范围内的水热时间以产生经预处理的木质纤维素原料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.09 EP 15425010.41.具有起始液体保持能力和小于第一目标范围的起始水分含量的木质纤维素原料的连续预处理工艺，所述工艺包括如下步骤：a.提供所述木质纤维素原料的浆料；b.通过重力将所述浆料的游离液体的至少一部分排泄以产生包含毛细管液体的经排泄的木质纤维素原料；c.在低压区中通过如下除去第一部分的所述毛细管液体：将所述经排泄的木质纤维素原料的物流以在大于1:1至12:1范围内的压缩比压缩，以产生经脱水的木质纤维素原料物流，所述经脱水的木质纤维素原料物流具有在为65％-85％的第一目标范围内的水分含量；d.通过如下从所述经脱水的木质纤维素原料物流除去第二部分的所述毛细管液体：在柱塞物形成装置中剪切和压缩所述经脱水的木质纤维素原料物流，以形成木质纤维素原料柱塞物和将其推进到连接至所述柱塞物形成装置柱塞物的出口的高压反应器；e.使所述木质纤维素原料在处于液相或者蒸汽相或者其混合物的水的存在下在160℃-250℃范围内的水热温度下经历水热处理在10秒-2小时范围内的水热时间以产生经预处理的木质纤维素原料。2.权利要求1的工艺，其中进一步包括将所述经预处理的木质纤维素原料进行蒸汽爆炸。3.权利要求1-2任一项的工艺，其中提供所述木质纤维素原料的浆料包括如下步骤：将所述木质纤维素原料处理在处于液相或者蒸汽相的水的存在下在60℃-160℃的温度下处理足以产生包括游离液体和经处理的木质纤维素原料的浆料的时间，其中所述经处理的木质纤维素原料具有大于起始液体保持能力的液体保持能力。4.权利要求3的工艺，其中所述木质纤维素原料的处理进行在选自如下的范围内的时间：5分钟-3小时、10分钟-2小时、30分钟-1小时。5.权利要求3-4任一项的工艺，其中所述木质纤维素原料包括碳水化合物并且在所述热处理中溶解的碳水化合物的百分比量小于选自如下的值：10％、5％、3％、2％和1％，以重量计。6.权利要求1-5任一项的工艺，其中提供所述木质纤维素原料的浆料包括如下步骤：将所述木质纤维素原料在包括水的浸泡液体中在30℃-100℃的浸泡温度下浸泡足以产生包括游离液体和经浸泡的木质纤维素原料的浆料而不改变起始液体保持能力的浸泡时间，其中所述经浸泡的木质纤维素原料具有大于起始液体保持能力的80％的水分含量。7.权利要求6的工艺，其中所述木质纤维素原料包括木质纤维素组分和非木质纤维素水溶性化合物，和所述游离液体包括水和得自所述非木质纤维素水溶性化合物的水溶性物种。8.权利要求6-7任一项的工艺，其中所述浸泡温度在选自如下的范围内：40℃-99℃、40℃-90℃、和50℃-85℃。9.权利要求6-8任一项的工艺，其中所述浸泡时间在选自如下的范围内：30秒...

【专利技术属性】
技术研发人员：G吉索尔菲，E博纳尔迪，
申请(专利权)人：贝塔再生公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT