用于运输纤维素原料的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了用于制备纤维素原料的方法和装置。该方法的具体实施方案包括，将该纤维素原料送出容器（如收集槽）的至少一个出口，并获得至少两个纤维素原料流，其中每个流可进料至不同的水解反应器。该装置的具体实施方案包括，使该纤维素原料下行地通过该容器，并沿着两个不同的侧向方向从该容器取出该原料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于获得并运输纤维素原料的方法和装置，该纤维素原料可用于由该纤维素原料中的纤维素和半纤维素后续制备可发酵的糖流，其中该可发酵的糖流可用于后续制备乙醇。更特别地，本专利技术涉及用于从收集槽取出一个或多个原料流的方法和装置。
技术介绍
几种用于制备乙醇的方法是已知的。通常，燃料乙醇的制备涉及用酵母来发酵糖。 一般而言，该糖源自谷粒，例如玉米和小麦。该谷粒中的淀粉经酶促水解以生成糖，该糖随后经发酵以生成乙醇。植物材料是可发酵的糖(如可转变成生物燃料的葡萄糖)的重要来源。然而，植物材料中的糖包含于纤维素和半纤维素的长的聚合物链中。利用目前的发酵过程，需要在发酵步骤之前将这些聚合物链分解成单糖。近来，已开发出利用纤维素原料(如玉米穗轴、秸秆和锯末)来制备用于乙醇发酵的糖的方法。这些方法通常包括，预处理原料以增加纤维素与水解酶的可及度，并使该纤维素经受纤维素酶体系以使该纤维素转化成葡萄糖。在现有技术中，已知使植物生物质转化成可发酵的糖的方法，该方法一般包括两个主要步骤活化植物结构的预处理步骤，以及使纤维素和半纤维素的聚合物链转化为单糖的酶促或化学水解步骤。已将数种手段用于该预处理步骤，例如自动水解、酸水解、氨活化、硫酸盐法制浆(kraft pulping)、有机溶剂制浆、热水预处理、氨渗流、石灰预处理、苛钠制浆或碱过氧化物预处理。早期的预处理步骤包括将原料粉碎或研磨成粉末，随后将该粉末与水混合以形成浆。最近，基于溶剂的预处理、碱预处理和酸预处理也已有描述。Holm Christensen的 PCT公开W0/2007/009463描述了可选的预处理，该预处理并不涉及加入酸、碱或其他化学药品。此预处理方法涉及将纤维素质在水中浸湿，将该纤维素质运输经过经加热并经增压的反应器，以及压榨该纤维素质以制备纤维部分和液体部分。在压榨该纤维素质后，将该纤维素质曝露于水解酶。每种预处理技术具有作用于植物结构的不同机理，该机理引起物理改性和/或化学改性。然而，该预处理的主要目的是提供植物材料和酶的可及度。
技术实现思路
水解方法的商业可行性取决于向水解单元提供的原料的特性。一般而言，这要求将原料活化以使得原料中纤维素和半纤维素的显著部分(例如75%以上)可接近水解酶。 如果向酶促水解单元提供这种经活化的原料，那么可将至少60%，优选75%以上且更优选 90%以上的纤维素和半纤维素转化成单糖。接着，可使此富含糖的工艺流经发酵以制备醇流。来自发酵阶段的醇流(即粗制醇流)可具有约3-22%体积/体积，优选约5-15%并且更优选约8-12%的乙醇含量。优选地通过自动水解来制备用于酶促水解的经活化的原料，该自动水解优选地在蒸汽爆破反应器中进行，该蒸汽爆破反应器也称作水解器(还称作浸煮器)。自动水解是通过曝露于高温、蒸汽和压力下(有时在加入的化学剂如有机或无机酸(例如硫酸)的存在下)而将半纤维素和纤维素分解的方法。当在加入的酸的存在下进行时，该反应被称作酸水解。在自动水解过程中，纤维素和半纤维素的聚合度可从大约10，000降低至大约 1，500-1，000。此过程优选在木质素的玻璃化转变温度(120-160°c)以上进行。取决于该反应的剧烈程度，可生成降解产物，如糠醛、羟基-甲基糠醛、甲酸、乙酰丙酸和其他有机化合物。在蒸汽爆破处理(如果并未从外部加入催化剂，则更普遍地称作自动水解)的过程中，纤维素原料在经增压的容器中任选地在合适的化学药品(例如有机和/或无机酸、 氨、苛性钠、二氧化硫、溶剂等)的存在下经受升高的热(例如180-220°c )和压力(例如 130psig至322psig)。优选地，并不利用从外部加入的化学药品；在此情况下，唯一可能存在的催化剂可能是原位生成的乙酸。随后从经增压的容器中释放出经处理的纤维素原料， 从而使得压力迅速(例如1秒或更短)降低。将生物质从该水解器排出至降低的压力下，优选大气压和更优选真空。压力的快速降低造成该生物质分离成单独的纤维或纤维束。此步骤打开纤维的结构并使表面积增加。木质素与纤维束以及残余的半纤维素一同保留在纤维中。因此，与高温高压处理相结合的压力爆发性释放，造成该纤维素原料的物理化学改性， 该纤维素原料随后适于进料至酶促水解单元。为了使该蒸汽爆破过程能够制备经活化的原料(该经活化的原料能够制备这种富含糖的工艺流)，进料到蒸汽爆破反应器的纤维素原料的温度和水分水平优选为相对均勻的，并且优选地具有约50°C至约70°C的温度(更优选地50-65°C )和约30至约60重量％ 的水分含量(优选地45至约55重量％)。水分含量是包含于材料中的水量，且基于重量， 它是材料中水的重量除以该材料的质量。优选进料至自动水解单元的原料中的纤维具有相对均勻的温度分布。例如，优选材料块体的核心所具有的温度在该材料的外表面温度的80%以内，更优选地在90%以内， 最优选地在95%以内。因此，例如，如果该材料外表面温度为50至70°C，则该材料的核心温度优选地为45至63°C。可选地或另外地，优选进料至自动水解单元的原料中的纤维具有相对均勻的水分分布。例如，优选材料块体的核心所具有的水分含量在该材料的外表面水分含量的80%以内，更优选地在90 %以内，最优选地在95 %以内。因此，例如，如果该材料外表面的水分含量为45至55重量％，则该材料核心的水分含量优选地为40. 5至49. 5重量％。本专利技术的具体实施方案提供用于制备纤维素原料的方法和装置，该纤维素原料用于制备乙醇。该方法和装置涉及可位于纤维素原料预处理过程(如用热和水分浸渍该纤维素原料的混合容器)下游并且位于水解反应器(如自动水解反应器)上游的装置(如收集槽)。另外，根据本专利技术的具体实施方案可具有优势，因为获得两个流并将该两个流进料至不同的水解反应器，允许分批操作该水解反应器，使得至少一个水解反应器与另一个水解反应器异相地操作。即，在运行第二水解反应器以水解由第二个流获得的纤维素原料时，可由第一个流装填第一水解反应器。因此，整个过程可为连续过程，而水解过程可按分批过程操作。在将材料输送至一个或多个使该原料分解的加工单元(例如水解单元)时，如制备可发酵糖流时，优选地通过容器或导管下行输送该材料，随后必须从该容器或导管取出该材料。例如，可使该材料通过漏斗、具有底部出口的收集槽、具有底部出口的加工容器等， 优选收集槽。由于该材料优选地基本上为固体，其并不自由地流动。因此，当该材料可在重力作用下下行移动时，并非所有部分都将以相同的速率下行移动。接近于容器壁的部分可具有粘着在该侧壁上的趋势，或者由于该侧壁和与该侧壁相邻的材料之间的摩擦而较慢地下行移动。这可造成该原料的一些部分的不同的停留时间。如果将侧壁加热(例如，被加热套所包围)，若停留时间过长则较靠近该侧壁的材料部分可能过热，导致该原料中的糖降解。因此，优选主动地将该原料从此设备取出以获得多个工艺流。根据本专利技术的一个方面，提供制备用于制备乙醇的纤维素原料的方法，该方法包括(a)使该纤维素原料通过容器到达该容器的至少一个出口 ；(b)将该纤维素原料送出该容器的至少一个出口，并获得至少两个纤维素原料流； 和(c)将该至少两个流进料至不同的水解反应器。在任何具体实施方案中，步骤(b)可包括优选地在不同的方向上运输本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种制备用于制备乙醇的纤维素原料的方法，该方法包括：（ａ）使所述纤维素原料通过容器到达所述容器的至少一个出口；（ｂ）将所述纤维素原料送出所述容器的至少一个出口，并获得至少两个纤维素原料流；和（ｃ）将所述至少两个流进料至不同的水解反应器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·布尔克，
申请(专利权)人：玛斯康玛加拿大公司，
类型：发明
国别省市：CA