[发明专利]用于生物质的预处理的设备和方法

说明书

本公开内容总体上涉及用于木质纤维素类生物质的预处理的预处理设备(100)，其包含反应器容器(101)，该反应器容器具有用于接收生物质的上游入口(102)以及用于排放生物质的下游出口(103)。该预处理设备(100)进一步包含气体阀(104)和气体流量控制装置(106)。

技术领域

本公开内容总体上涉及用于木质纤维素类生物质在反应器容器中的预处理的设备和方法，该反应器容器具有用于接收生物质的上游入口以及用于排放生物质的下游出口。

背景技术

来自林业的木质纤维素类残留物作为用于生产绿色化学品和燃料的原料是具有吸引力的，因为其是充裕、相对便宜的，且不用于食品。木质纤维素主要由木质素和两类多糖(纤维素和半纤维素)组成。多糖可水解成糖并借助于发酵微生物(例如酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae))转化为各种发酵产物(例如生物乙醇)。

纤维素的水解典型地在预处理工艺之前进行，其中半纤维素发生降解且使得纤维素更易于接近纤维素分解酶。在水解过程中，将所存在的纤维素部分地转化成还原糖。

在将生物质转化成发酵产物的过程中，预处理被认为是关键的部分，主要是因为其影响下游工艺并决定最终的糖产率。存在多种预处理工艺，其中的许多依赖于高温处理和高压。

预处理工艺典型地在预处理设备(例如预处理反应器)中进行。预处理反应器通常包含：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的出口，以及，在其中进行预处理工艺的封闭容器。

预处理的总的目标是破坏结晶纤维素结构并从木质纤维素类生物质中除去或部分地除去木质素。预处理工艺复杂且涉及很多反应和副反应。这样的反应可导致形成各种副产物，对于下游工艺而言，所述副产物可为抑制性的。此外，木质纤维素生物质中所含的挥发性化合物和气体在材料降解或部分降解时放出。气体可积累在反应器的生物质浆料水平(液位)上方的部分中。

一些预处理方法(例如蒸汽爆破)涉及有意地升高反应器内的压力和温度。可加入蒸汽和气态催化剂(例如二氧化硫(SO₂)或二氧化碳(CO₂))来催化反应。蒸汽和气态催化剂的加入可导致在反应器内的过量的气体积累。

在苛刻条件下的预处理与诸如反应器内的温度和压力条件的不合乎期望的波动等问题有关。反应器内的工艺条件的稳定性因此受到损害。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不太有效，即，提供较低的产量(产率)。另一影响是可在反应器壁上形成沉积物。

存在如下需要：在防止预处理期间形成沉积物的方面进行改善，以及，克服与反应波动有关的问题。特别地，需要提供这样的预处理系统，其是稳定且受控的，而且，其允许预处理工艺以一致且可靠的方式进行。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的目的是提供关于用于木质纤维素类生物质的预处理的方法和设备的改善，特别是关于实现在运行期间在反应器内的更稳定的反应条件以及减少在反应器内的沉积物形成。

根据本发明的第一方面，提供了用于木质纤维素类生物质材料的预处理的预处理设备，包含：

反应器容器，该反应器容器具有用于接收生物质的上游入口和用于排放生物质的下游出口；气体阀，该气体阀布置成从反应器容器移除气体且具有能够调节的开口构造；测量装置，该测量装置布置成用于测量反应器容器中的预处理的若干工艺参数，该工艺参数至少包括温度参数和压力参数；和气体流量控制装置，该气体流量控制装置配置成响应于所测得的工艺参数来调节气体从气体阀的流出，由此，实现了从反应器容器出来的气体的受控流动。

本发明的构思基于以下理解：与不稳定的预处理条件有关的问题主要涉及反应器容器中的气体积累且与归因于气体积累的在反应器容器中的温度和压力的各自的升高有关。