纤维素材料的预处理制造技术

提供水解前对纤维素材料进行预处理的方法。所述方法包括如下步骤：用反应性的水溶性气体如二氧化硫(SO2)或二氧化碳(CO2)在浸渍室中浸渍纤维素材料以得到经浸渍的材料；和加热经浸渍的材料以得到经预处理的材料，其中，刚好在将纤维素材料输送至浸渍室之前或者在将纤维素材料输送至浸渍室时，对其进行压缩。还提供相应的系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容涉及由纤维素材料制造目标化学品的领域。
技术介绍
以包括将纤维素材料水解以得到单糖和二糖，之后将糖生物转化为目标化学品的工艺，可由纤维素材料制成许多化学品(如乙醇、丁醇和琥珀酸)。 在水解步骤中，可采用酶或无机酸对纤维素多糖进行水解。为使水解剂更容易对这样的多糖发生作用，可对纤维素材料进行预处理。当纤维素材料为木质纤维素材料时，预处理尤为重要，因为木质纤维素的木质素使纤维素多糖不易发生水解。在现有技术中已经描述了多种预处理。蒸汽爆破、湿氧化和氨纤维爆破(AFEX预处理)是几种所提出的变体。碱处理是另一种变体(参见例如W009025547和US5693296A)。还已经提出了许多基于更温和的酸性条件的预处理。进一步地，已经描述了基于纤维素材料的机械处理的不同方法。
技术实现思路
专利技术人认识到，用水溶性气体(这种气体其自身或者在溶于水时是反应性的)浸溃，之后加热是有希望的对纤维素材料(如木片和甘蔗渣)进行预处理的方法。但是，专利技术人注意到，难以控制和预测这样的预处理的结果。专利技术人得出结论，浸溃程度一直不时地变化。因此，本公开内容的一个目的是保证(provide for)纤维素材料预处理方面的可控性。以下是实施方式的逐项列举，其为了提供本公开内容的各个方面、特点和组合的目的而呈现。附图说明图I显示用于预处理木质纤维素材料的系统。图2是可在本公开内容的上下文中使用的塞式螺杆加料机(plug screw feeder)的简图。图3显示在使用塞式螺杆加料机将木屑输送到浸溃室之前(图3A)和之后(图3B)在木片预处理中添加的SO2 (g)的量(千克/小时)( )和所得到的浆料的PH值(■)。数据代表连续预处理5天时间(X轴显示天数)。具体实施例方式作为本公开内容的第一方面，因此提供水解之前对纤维素材料进行预处理的方法，包括如下步骤a)用反应性的水溶性气体如二氧化硫(SO2)或二氧化碳(CO2)在浸溃室中对纤维素材料进行浸溃，以得到经浸溃的材料；和b)对该经浸溃的材料进行加热，以得到经预处理的材料，其中，纤维素材料在输送到浸溃室时进行压缩。专利技术人认识到，在将纤维素材料输送到浸溃室的过程中对其进行压缩导致与在没有压缩的情况下输送纤维素材料相比更有效的浸溃。不希望受任何特定科学理论的制约，专利技术人相信，该压缩起到控制待浸溃的纤维素材料的干物质含量的作用。即，虽然纤维素原材料的干物质含量可随着时间的推移(如从一个季节到另一个季节)在显著程度上变化，但经压缩的材料的干物质含量变化很小。特别地，专利技术人相信，压缩减少了纤维素材料表面上存在的水分量。相信这是有益的，因为气态SO2和CO2在水中是高度可溶解的，所以表面水分可阻止气态SO2或CO2渗透到纤维素材料中(据信，有效渗透是有效浸溃的主要原因之一)。而且，压缩可通过将纤维素材料“压碎”来增加其比表面积。这也可促进浸溃。特别地，在压缩过程中，相对干的纤维素材料(如玉米芯)的比表面积可显著增加。进一步地且再一次不希望受任何特定科学理论的制约，由于经压缩的材料在进入浸溃室中时在大多数情况下将膨胀，因此相信浸溃室中的反应性的水溶性气体(例如SO2或CO2)在某种程度上被“吸入”到膨胀材料中。也就是说，膨胀可保证有效的渗透。压缩对浸溃结果的有利影响示于下面的实例中。除了改善的可预测性之外，本公开内容还可保证反应性的水溶性气体较低的消耗。在一种替代方式中，可刚好在将纤维素材料输送到浸溃室之前对其进行压缩，这意味着在压缩和输送到浸溃室之间未进行对纤维素材料进行处理的步骤。在本公开内容的第一方面的实施方式中，因此可将纤维素材料压缩至其在进入到浸溃室时膨胀和/或其干物质含量增加这样的程度。而且，在本公开内容的第一方面的实施方式中，在压缩过程中纤维素材料可经历至少5巴如至少10巴、如至少30巴的压力。进一步地，在本公开内容的第一方面的替代或补充实施方式中，纤维素材料的堆积密度增加至少20%，如至少40%、如至少60%、如至少80%、如至少100%。不同纤维素材料之间堆积密度的增加量可显著变化，并且可例如取决于压缩前纤维素材料的单独碎片的形状。“干物质含量”是材料完全干燥时的重量和材料重量之间的比率。通常，干物质含量表示为重量百分比(重量％)。因此，材料的“干物质含量”是材料中非水成分的量的量度。如上所述，纤维素材料的干物质含量在压缩过程中可增加。在第一方面的实施方式中，可将纤维素材料压缩至干物质含量增加至少5%、如至少8%的程度。此处，干物质含 量(DM)的增加量作为(DMmte/DMmmj计算。很多新鲜的木质纤维素材料具有大约50%的干物质含量。因此，如果DM在压缩前为50%并且在压缩后为55%，那么增加量为(55-50)/50=10%。通常，较低干物质含量的纤维素材料与较高干物质含量的纤维素材料相比在压缩过程中更大程度地脱水。纤维素材料的干物质含量也可用于对压缩进行控制。在本公开内容的第一方面的实施方式中，可因此测量纤维素材料的干物质含量并且可响应所测量的干物质含量对被输送到浸溃室中的纤维素材料的压缩程度进行调整。尽管可在压缩前测量纤维素材料的干物质含量，但优选对已经压缩的纤维素材料(如浸溃室中的纤维素材料)进行测量。例如，如果测得的干物质含量低于第一参考值，则可提高压缩程度，并且如果测得的干物质含量高于第二参考值，则可降低压缩程度。上述对压缩的测量和调整可保证待浸溃材料的更稳定的性质，从而保证可预见性更高的浸溃结果。第一方面的输送和压缩可例如通过塞式螺杆加料机实现。将在下文对塞式螺杆加料机进行更详细讨论。当使用塞式螺杆加料机时，压缩程度可通过调节塞式螺杆加料机的速度进行调 整；速度越低，压缩率越高。而且，塞式螺杆加料机可包含对抵接头(abutment)，其布置成将离开塞式螺杆加料机的经压缩材料的塞形物(plug)分裂开。此对抵接头通常是可调节的，其对该塞形物施加压力。因此，压缩程度可通过调节由对抵接头所施加的压力进行调整；施加的压力越高，压缩率越高。为有利于此，对抵接头与该塞形物接触的部分可布置在活塞上。为促进该塞形物的分离，对抵接头可含有指向该塞形物的尖端(point)。此尖端的设计可针对给定的纤维素材料进行调整。在US 5996770和WO 91/04371中公开了可在本公开内容上下文中采用的塞式螺杆加料机的实例。进一步地，塞式螺杆加料机可得自Andritz (如单动盘磨机(impressafiner))和 Metso0在本公开内容的上下文中，“反应性的水溶性气体”是指这样的气体其与纤维素材料(如木质纤维素材料)反应，或溶解于水中以形成与纤维素材料反应的溶液。在优选实施方式中，反应性的水溶性气体是CO2或so2。在co2、so2或其它弱酸性气体的情况下，水溶液含有反应性质子。通过向浸溃室中加入反应性的可溶性气体，可实现反应性的水溶性气体对纤维素材料的浸溃。因此，这可保证将受控量的气体加入到纤维素材料中。进一步地，反应性的水溶性气体还可在纤维素材料进入浸溃室时已经存在于浸溃室中，这保证浸溃室中纤维素材料快速且有效的浸溃。此第一方面的方法可为连续的，这意味着，对于一段时间，纤维素材料连续地被输送到浸溃室且经浸溃的材料被连续地输送去进行加热。进一步地，经预处理的材料可从所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：T范德米伦，S福斯，L埃尔夫温，S马格努森，M哈格伦德，A肖布罗姆，
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：