[发明专利]在加压预处理反应器中干排出的方法和工艺

说明书

相关交叉申请

本申请要求在2009年12月21日提交的专利申请序列号61/288,520的权益，其通过引用以其整体并入本文。

发明背景

本发明总体涉及从生物质生产糖。

在生物质的热化学处理中，大部分反应过程包括用湿环境预处理步骤。生物质预处理步骤一般包括酸水解或自水解，在其中酸或水加入到加压反应器中的生物质。

在一般的反应器中，材料在液体中浸渍和浸透，并经过蒸汽和/或其它气体物质加热至期望温度和压力。预处理材料然后通过反应器容器的底部排出。反应器容器和排出设备中的酸条可能需要反应器排出的构建的昂贵材料。

发明概述

在一方面，本发明总体上可以涉及用于处理木素纤维材料的反应器。该反应器可以包括具有上部分和下部分的容器。上部分：(i)可以适应于接受生物质和可以适应于经过加压气体加压和加热生物质，和(ii)可以通过含有碳钢的至少一个上壁限定。下部分：(i)可以适应于接受加压生物质和可以适应于促进生物质的水解或自水解，没有过量或没有自由液体，(ii)可以包括由耐腐蚀性材料制成的至少一个下壁，和(iii)可以被设置成没有传输液体传输生物质。反应器可以进一步包括在容器的外壁和下部分的壁之间形成的压力封套。容器的上部分和压力封套可以用增压管路操作地连接，使得压力封套的压力和上部分的压力可以均衡。

附图说明

图1A和1B示意地图解根据本发明的实施方式的反应器容器。

具体实施方式

一方面，任何生物质可以连同本发明描述的方法和反应器(一个或多个)进行应用。例如，生物质可以含有一种或多种木材(一种或多种)、草(一种或多种)、和/或任何含有木素纤维材料。

努力克服现有技术缺陷(例如，使用浸渍和/或浸透)，可以期望提高糖提取的效率，同时通过减少生物质预处理反应器容器中的液体减少下游干燥和蒸发需要。这种减少的液体环境通过使用具有少或没有自由液体的干条件实现。但是，液体的缺乏可以引起独特的一组困难。在本发明的一方面，反应器设计可以减轻所述困难。

在干加工反应器中，反应器容器总体上包含两部分：上部分和下部分。容器的上部分是加压部分，在该部分中生物质进入并使用蒸汽或其它气体产品(诸如氨)加热。上部分的壁(一个或多个)可以由碳钢、或不锈钢、或其它合适材料制成。

容器的极限压力取决于加热介质。如果使用蒸汽，在期望温度的容器的压力将是约5至25巴，但是如果使用氨作为加热介质，容器的操作压力在期望的工作温度可以是多至60巴。

在本发明的某些实施方式中，使用蒸汽和氨的组合和/或其它加热介质(一种或多种)是可能的。

容器的下部分可以是底排出部分，其中施加在生物质材料上的内压力不同于空腔的外压力，排出设备位于所述空腔中。

为了促进适当的质量流动，该反应器排出设备可以类似于木片库形状，如在美国专利号5,500,083(其通过引用并入本文)中描述，或者类似于其它具有侧面放气管路(side relief)的一维会聚(convergence)，或者甚至类似于允许生物质材料的顺利排出的其它几何形状，不需要振动或转动排出设备。在一方面，本发明依赖容器的几何形状，而不是外部力量(例如，振动和/或转动)移动生物质。

排出的几乎形状对于容器的正确操作是重要的，因此排出设备壁的偏斜必须被阻止。偏斜可以通过构建具有非常重材料的排出部分或者提供容器的排出区域的内部和外部压力的均衡来阻止。为了均衡压力，在容器的排出设备区域周围的压力封套可以存在，由此减少排出设备材料的变形。压力封套可以使排出设备的内部和外部之间的差别压力最小。

该压力封套可以允许排出设备的壁(其可以是耐腐蚀材料)尽可能的薄，因为压力封套的壁(由较便宜材料诸如碳钢制成)可以经受反应器压力。耐腐蚀材料可以是不锈钢、钛、锆、和/或任何其它耐腐蚀材料。

如果省略压力封套，在排出设备的构建中使用的金属板或件变得难于形成和支撑，产生更昂贵设备，特别是因为它们必须阻止排出设备的变形和对排出设备的损害。一方面，具有压力封套的反应器容器因此有利地减少需要的昂贵材料的量。

气体(可能是蒸汽)可以用于加热和加压上容器部分中的生物质材料(即，其中热化学反应可以一直主要地出现)。为了均衡反应容器和在排出设备周围的封套之间的压力，两个部分可以通过压力均衡管连接。反应器容器上部分中的气体然后可以充满和加压在排出设备周围的封套，由此均衡在排出设备的内部和外部之间的压力。