[发明专利]用于从高压区域向低压区域排放预处理生物质的设备和方法

说明书

发明领域

本发明涉及用于将已受到增压处理的生物质(biomass)排放进入低的或大气压力区域的装置和方法。

背景

强烈的兴趣产生于发酵和气化富含碳水化合物的生物质以给用于燃料的石化资源、畜牧饲料以及为有机化学前体提供替换物。包括工业和农业废物的木质纤维生物质被证明像碳水化合物资源一样尤其令人感兴趣。对于木质纤维生物质，一般需要预处理，以便从纤维素纤维中分离木质素和半纤维素，并因此增加水解酵素的催化有效的进入(catalytically effective access)。已报道过多种预处理工艺，其中的很多依靠高压下的高温处理。供参考，见参考文献1和2。

将预处理生物质从高压区域排放到随后的低或大气压力下的处理出现先前已由两种一般方法解决的技术问题。适合于半连续处理的粒子泵(particle pump)已发展成提供生物质从不同压力区域的压力密封转移。例如见WO03/013714，其通过全文引用特此并入。可选择地，在批处理中，预处理生物质从高压区域的排放已通过使用“蒸煮爆碎(steam explosion)”实现，其中生物质被完全地喷出压力处理设备而进入喷放罐。例如见US6506282。之前对于“排放”问题的解决方法通常已经不适合于连续的生物质处理。在生产规模中，连续处理相对于半连续或批处理是有利的，因为设备的大小能被显著地减小，例如在2到5的因数之间。能量损耗也能被最小化，而且在整个连续处理中避免了麻烦的能量脉冲。

对于木质纤维生物质预处理加工的改进是有利的，其减少了成本，特别是能量成本，或以其它方式促进按比例扩大(scale-up)到生产规模的使用。

这里描述了用于从高压区域向低压区域排放预处理生物质的适合用于连续生物质处理的设备和方法。优选的实施方案相对于现有技术中已知的方法和设备提供了增压预处理区域的减小的蒸汽损失、减小的能量消耗和简化的结构。

发明概述

提供用于从高压区域向低压区域排放预处理生物质的设备和方法。预处理的、热的生物质被在高压下添加在排放容器的顶部，该排放容器部分地填充有水或水溶液。容器包括定位于容器侧面的多个水喷口，通过该多个水喷口注入水或水溶液，以便在容器的下部分中形成强的湍流(turbulence)。该湍流，优选旋涡湍流(vortex turbulence)或“水力旋流器”混合生物质和水，且在成堆的材料以高速作为浆体喷出穿过容器底部的孔或阀之前分开任何成堆的材料。稳定的温度分层形成在排放容器内，借此热水保留在容器的顶部，减少了从预处理反应器(pretreatment reactor)的热和蒸汽损耗。

附图简述

图1A显示根据本发明的设备的一个实施方案的侧视图，而图1B显示该实施方案的顶视图。

图2A、2B、和2C显示根据本发明的设备的可选择实施方案的侧视图，而图2D显示该可选择实施方案的顶视图。

图3A、3B、3C、和3D显示根据本发明的具有用于保持排出孔通畅的机械装置的设备的侧视图，而图3E、3F、和3G显示该设备的顶视图。

优选实施方案详述

在某些实施方案中，本发明提供用于从高压向低压排放预处理的生物质的设备，该设备包括：

-大致圆柱形或圆锥形的排放容器，其具有到顶部的高压区域的开口；

-多个喷嘴或喷口，其沿着容器的侧面定位在距离底部相当于容器直径的0到2倍的距离处，通过该多个喷嘴或喷口可添加水或液体；以及

-容器底部的孔或阀门，预处理的生物质可通过该孔或阀排出，可选择地排出到一管道中。

在其它实施方案中，本发明提供用于从高压向低压排放预处理的生物质的设备，该设备包括：

-大致圆柱形或圆锥形的排放容器，其具有到顶部的高压区域的开口；

-至少一个喷嘴或喷口，其沿着容器的侧面定位在距离底部相当于容器直径的0到2倍的距离处，水或液体可被通过该至少一个喷嘴或喷口添加；以及

-容器底部的孔或阀，预处理的生物质可通过该孔或阀排出，可选择地排出到一管道中，

其中，排放容器被填充有构成其总内部容积的1/2到4/5之间的一定数量的水或水溶液。

在另外其他的实施方案中，本发明提供从高压向低压排放预处理的生物质的设备，该设备包括：

-大致圆柱形或圆锥形的排放容器，其具有到顶部的高压区域的开口；

-至少一个喷嘴或喷口，其沿着容器的侧面定位在距离底部相当于容器直径的0到2倍的距离处，水或液体能被通过该至少一个喷嘴或喷口添加；以及