用于生物质的受控预处理的方法和设备技术

本公开内容总体上涉及用于木质纤维素生物质的受控预处理的方法。所述方法包括如下步骤：将木质纤维素生物质材料在预处理设备中预处理(S10)，所述预处理包括将木质纤维素生物质在预处理设备的浸渍容器中用SO2进料浸渍(S10A)；采集(S20)所述预处理的多个工艺参数，该工艺参数至少包括与输入至预处理设备的木质纤维素生物质的总量有关的进料参数、以及与输入至预处理设备的木质纤维素生物质的干物质含量有关的干物质参数；和响应于所述工艺参数而调节(S30)SO2进料。数而调节(S30)SO2进料。数而调节(S30)SO2进料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生物质的受控预处理的方法和设备


[0001]本公开内容总体上涉及用于木质纤维素生物质的受控预处理的方法、以及用于预处理木质纤维素生物质材料的预处理设备(arrangement)。

技术介绍

[0002]来自林业的木质纤维素残渣作为用于生产绿色化学品和燃料的原料是有吸引力的，因为它们丰富、相对便宜、并且不用于食品。木质纤维素主要由木质素和两类多糖即纤维素和半纤维素构成。所述多糖可通过发酵微生物例如酿酒酵母被水解为糖并且被转化为各种发酵产物例如生物醇。
[0003]纤维素的水解之前典型地为预处理工艺，其中使半纤维素降解，并且使纤维素更容易被纤维素分解酶接近。在水解期间，存在的纤维素被部分地转化为还原糖。
[0004]预处理被认为是将生物质转化为发酵产物的工艺中的关键部分，这主要是因为其影响下游工艺并且决定了最终糖产率。存在各种各样的预处理工艺，其许多需要依赖于高温处理和高的压力。
[0005]预处理工艺典型地在包括浸渍容器和反应器容器的预处理设备中进行。在浸渍容器中，将生物质用促进生物质降解的添加剂浸渍，并且在反应器容器中通过将生物质暴露于升高的温度和压力而改进降解。预处理设备还通常包括用于接收待预处理的生物质的入口和用于排放经预处理的生物质(典型地作为生物质浆料)的出口。
[0006]预处理的总体目的是破坏结晶性纤维素结构以及从木质纤维素生物质除去或部分地除去木质素。预处理工艺是复杂的并且涉及许多反应和副反应。这样的反应可导致形成多种副产物，其对于下游工艺可为抑制性的。此外，木质纤维素生物质中包含的挥发性化合物和气体在材料被降解或部分地降解时被释放。
[0007]在苛刻条件下的预处理与在预处理设备内的条件的不期望波动的问题相关。这样的波动可例如与在预处理期间添加的添加剂相关。由此损害了预处理设备内的工艺条件的稳定性。这样的不平衡或不稳定的反应条件的影响是，预处理工艺变得效率更低，即提供更低的产率。另一影响是，沉积物可形成于反应器壁上。
[0008]需要改进预处理系统，其是稳定并且受控的并且其容许预处理工艺以一致且可靠的方式进行。

技术实现思路

[0009]鉴于以上，本专利技术的一个目的是提供关于用于预处理木质纤维素生物质的方法和设备的改进，特别是在操作期间针对至少一些工艺参数实现更稳定的工艺。
[0010]根据本专利技术第一方面，提供用于木质纤维素生物质的受控预处理的方法。所述方法包括如下步骤：
[0011]‑
将木质纤维素生物质材料在预处理设备中预处理，所述预处理包括将木质纤维素生物质在预处理设备的浸渍容器中用SO2进料浸渍；
[0012]‑
采集所述预处理的多个工艺参数，该工艺参数至少包括与输入至预处理设备的木质纤维素生物质的总量有关的进料参数、以及与输入至预处理设备的木质纤维素生物质的干物质含量有关的干物质参数；和
[0013]‑
响应于所述工艺参数而调节SO2进料。
[0014]由此，可至少基于木质纤维素生物质的干物质含量和总量来调整SO2(二氧化硫)对木质纤维素生物质的浸渍，以实现可控且稳定的预处理工艺。换而言之，通过至少使用干物质和进料参数作为调整SO2进料的工艺参数，可以有利的方式控制木质纤维素生物质的预处理、并且特别是SO2对木质纤维素生物质的浸渍。换而言之，可省去或至少减少与不令人满意的浸渍有关的不稳定预处理条件的问题。
[0015]不受任何理论制约，据信木质纤维素生物质的干物质含量至少显著地与SO2的量、或SO2进料、以及所得浸渍水平关联。再次不受任何理论制约，这可至少部分地与木质纤维素生物质内的水分阻隔物有关。
[0016]本专利技术向浸渍容器提供受控的SO2进料，优选地通过可调整阀并且基于进料至预处理设备或浸渍容器的木质纤维素生物质的量、以及这样的木质纤维素生物质的干物质含量的已知数据向浸渍容器提供受控的SO2进料，从而导致受控的浸渍工艺。进料参数和干物质参数已经被确定为在一起足以控制SO2进料的关键工艺参数并且由此实现稳定的浸渍条件。因此，调节SO2进料的步骤是响应于被定义为预处理设备的输入参数、或者预处理设备的浸渍容器或反应器容器的输入参数的至少两个工艺参数即进料参数和干物质参数而进行的，反应器容器稍后在正文中描述。因此，这样的输入参数基于被进料至预处理设备或进料至浸渍容器或反应器容器的基于木质纤维素生物质的材料。由此，可避免由于其中相对苛刻的环境而难以测量的预处理设备的内部工艺参数，或者至少，浸渍容器和/或反应器容器的内部工艺参数。根据至少一个实例实施方式，进料参数和干物质参数为预处理设备、浸渍容器、或反应器容器的输入参数，或者是作为预处理设备的外部工艺参数，或者至少，浸渍容器或反应器容器的外部工艺参数定义的，这意味着进料参数和干物质参数分别基于在预处理设备或浸渍容器或反应器容器之前或上游的基于木质纤维素生物质的材料的条件。预处理设备的外部工艺参数可另外基于在预处理设备下游例如在反应器容器或相关蒸汽爆炸步骤下游的基于木质纤维素生物质的材料的条件、例如pH。根据至少一个实例实施方式，SO2进料是基于预处理设备、浸渍容器或反应器容器的输入参数确定的，或者是作为预处理设备、浸渍容器或反应器容器的外部工艺参数定义的。
[0017]根据至少一个实例实施方式，SO2进料没有基于反应器容器中的SO2的量、或者反应器容器中的基于木质纤维素生物质的材料(例如干物质)的量。根据至少一个实例实施方式，SO2进料基于在反应器容器上游的SO2的量、或者在反应器容器上游的基于木质纤维素生物质的材料(例如干物质)的量。
[0018]根据至少一个实例实施方式，SO2进料的控制基于如下的工艺参数：至少进料参数和干物质参数。即，SO2进料是基于这样的工艺参数设置的。根据至少一个实例实施方式，SO2进料是基于预处理设备、或浸渍容器、或反应器容器的输入参数设置的，或者分别作为预处理设备、浸渍容器或反应器容器的外部工艺参数定义的。根据至少一个实例实施方式，SO2进料是基于浸渍容器的输入参数设置的，或者作为浸渍容器的外部工艺参数定义的。SO2进料可被称作去往浸渍容器的SO2剂量。因此，并且根据至少一个实例实施方式，SO2剂
量定义为在反应器容器上游的去往预处理设备的SO2进料。
[0019]根据至少一个实例实施方式，进料参数和/或干物质参数的采集是通过测量实现的。例如，进料参数可通过测量输入至预处理设备、或浸渍容器的木质纤维素生物质的重量(kg)而确定。对于木质纤维素生物质向预处理设备的连续进料，这可被容易地换算为质量流量(kg/h)。进料参数可替代地通过测量输入至预处理设备、或浸渍容器的木质纤维素生物质的体积而确定。相应地，干物质参数可通过测量输入至预处理设备、或浸渍容器的木质纤维素生物质的干物质、或水分而确定。这可例如通过光学测量(例如使用IR或X
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射线手段)而实现。替代地，进料参数和/或干物质参数可由木质纤维素生物质提供商、基于所提供木质纤维素生物质的已知数据给出。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于木质纤维素生物质的受控预处理的方法，其包括如下步骤：将木质纤维素生物质材料在预处理设备中预处理(S10)，所述预处理包括将木质纤维素生物质在预处理设备的浸渍容器中用SO2进料浸渍(S10A)；采集(S20)所述预处理的多个工艺参数，该工艺参数至少包括与输入至预处理设备的木质纤维素生物质的总量有关的进料参数、以及与输入至预处理设备的木质纤维素生物质的干物质含量有关的干物质参数；和响应于所述工艺参数而调节(S30)SO2进料。2.根据权利要求1的方法，其中响应于所述工艺参数而调节(S30)SO2进料的步骤适合于满足在浸渍容器下游的期望的pH。3.根据权利要求1
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2任一项的方法，其中将木质纤维素生物质材料在预处理设备中预处理(S10)的步骤包括使来自浸渍步骤的经SO2浸渍的生物质在预处理设备的反应器容器中经历升高的温度和压力(S10B)以形成经预处理的生物质浆料。4.根据权利要求2和3的方法，进一步包括如下步骤：测量(S25)来自浸渍步骤的经SO2浸渍的生物质和/或经预处理的生物质浆料的pH，确定(S27)所测量的pH是否在期望的pH的预定范围内，和如果所测量的pH在期望的pH的预定范围之外，调节(S30)SO2进料。5.根据权利要求2和4任一项的方法，其中期望的pH在1
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4、优选地1.2
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2、和更优选地1.3
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1.8的范围内，或者在1
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5、优选地1
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3、例如1.5
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3或1.5
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2.2的范围内。6.根据前述权利要求任一项的方法，其中将木质纤维素生物质用SO2进料浸渍(S10A)的步骤包括将SO2以气态形式供应至浸渍容器。7.根据前述权利要求任一项的方法，进一步包括如下步骤：确定(S22)进料参数和干物质参数之间的关系，和响应于所确定的关系而调节(S30)SO2进料。8.根据权利要求7的方法，其中调节(S30)SO2进料的步骤包括确定所确定的关系是否在针对所述预处理的预定的基准关系内；和响应于确定所确定的关系超出预定的基准关系之外，例如达超过5％、例如达超过10％或超过15％而调节SO2进料。9.根据前述权利要求任一项的方法，进一步包括如下步骤：在将木质纤维素生物质在浸渍容器中用SO2进料浸渍之前调节木质纤维素生物质材料中的水分(S5)，和在调节水分的步骤之前和/或之后测量(S7)木质纤维素生物质的干物质含量，和其中使用所测量干物质含量的至少一个作为干物质参数。10.根据前述权利要求任一项的方法，其中预处理步骤(S10)包括将浸渍容器于在2...

【专利技术属性】
技术研发人员：A肖布洛姆，E桑德瓦尔，K黑格伦德，A卡夫卡，
申请(专利权)人：瑞典乙醇化工技术有限公司，
类型：发明
国别省市：