[发明专利]生物质预水解的设备和方法

说明书

                     发明领域

本发明涉及一种用于任一类生物质(木材、蔗渣、禾秆、牧草、蔬菜剩余物、有机垃圾等)预水解的设备特别是反应器和方法，以获得工业产品，例如木素纤维素和糖的溶液，以及包含木糖、葡萄糖、乳糖(mamose)、半乳糖、阿拉伯糖、乙酰化物类(acethylics)、和铀酸等的预-水解产物层。本发明还能制造浸煮钛铁矿、锐钛矿(anatasie)、铌铁矿、烧绿石、锆英石等矿物的反应器。

                对现有技术的说明

化学反应器是由用于转化材料的各种方法定义的装置，例如由转化化学材料、冶金材料、热材料、生物技术材料、和药物材料等的方法定义的装置。反应器可采用三种标准分类：

a)根据容器和流动分类：第一类)间歇式反应器；第二类)半

连续式反应器；第三类)具有连续混合器的槽式反应器-RTMC；

第四类)串联的RTMC；第五类)管式反应器；和第六类)循环

反应器。

b)根据实际存在的相分类：第一类)气相反应器；第二类)液

相反应器；第三类)液-气相反应器；第四类)采用固体催化剂

的反应器；第五类)包含固体的非催化反应器(气-固、液-固、

和气相反应)；第六类)电化学加工反应器；第七类)生物加

工反应器；第八类)光化学和放射化学加工反应器。作为实例，

下面列出一些非催化的气-固和液-固反应器，并将本发明的反

应器与这些反应器进行比较。

b.1)非催化的气-固反应器：罐(塔式反应器)、移动床反应器、

    多床反应器、旋转炉反应器、流化床反应器、循环流反应器、

    粉剂煅烧炉(粉剂喷射)。

b.2)非催化的液-固反应器：具有混合器的槽(间歇式的、半连

    续式的、级联式的——固体的比率受混合器功率的限制)、

    具有液体循环的槽、转鼓、流化床、捏合机、浸-压式反应器、

    螺杆输送机、摇床式反应器、旋转炉反应器。

c)根据表1中所列固体的流动状况分类。本发明的反应器虽然

是可流动的，但倾向于具有流化床特性，它具有下列评估项目：

反应装置(槽)、固体的流动(借重力)、气/液-固流动(逆

流)、颗粒直径(mm至cm)、固体停留时间(min)、气体停

留时间(s)、加热速率和传质速率(高)、温度控制(好)、

按照体积和时间的产率(高)。

反应器的其它重要特性是制造反应器所用的材料。表2列出一些主要材料以及它们在高腐蚀条件下的相应优点和缺点。即使在用于制造反应器时，这些结构材料和这些材料的耐腐蚀性，各自也都有个别的缺点，本发明采用由碳钢和特种材料(耐火材料、高温合金、不锈钢和塑料等)的覆层制造的壳体和构件来制造反应器，消除了这些缺点。

具体而言，生物质主反应器具有下列类型的：螺杆(占的体积比率小)、塔(L/S—液-固比例高)、槽/渗滤(L/S比例高)、和柱塞流(L/S比例高)。所有这些类型的反应器都具有复杂的生物质加料和排料系统。本发明将生物质在反应器中压紧(占反应器的体积比率高)，在L/S＝2的低比例情况下处理生物质，采用简单的螺旋加料器供料，由于反应器具有大的盖子，所以能直接排料，并可将其分成一些小尺寸和中尺寸的反应器。

现有技术的反应器的一个缺点，是由于它们的结构不允许壳体和覆层之间完全对合，而且在大多数情况下，在反应器内有由蒸汽冷凝引起的真空，所以它们能发生内爆。本发明通过在覆层和壳体之间保持的真空来防止内爆，能使壳体和覆层完全对合。

常规反应器的另一个缺点，是不能连续和准确地检测覆层的微泄漏。本发明能在腐蚀性液体泄漏到反应器的钢壳体之前，准确地检测微泄漏。这使反应器即使在有微小破裂的情况下，适当地制定使用程序，也能使反应器被进一步使用。

在高腐蚀性应用中使用的反应器，在壳体中不能使用碳钢，这些反应器往往是由昂贵的整体材料制造的。本发明能通过进行微泄漏鉴定，检测微焊碳钢的加速腐蚀的条件，这种检测有利于碳钢的使用，这将使制造反应器的成本显著降低。