[发明专利]用于借助氢卤酸水解可团粒化的生物质的方法

说明书

本发明涉及借助于氢卤酸，优选地，所谓的盐酸的植物生物质的水解性分解。在过去，优选水解木质生物质，这是因为其他生物质，例如秸秆，仅可以以非常低的密度填入反应器中并倾向于在方法的进程中被压紧。本发明通过两项变化解决了该问题。第一，将可团粒化的生物质全部或部分地以团粒形式装填并因此取得大大提高的装填密度。第二，倾斜地，优选地在30°和60°之间布置水解反应器并且避免压紧。对于每一个可团粒化的生物质确定两项变化的经济效果。可能的是，可以取消两项变化中的一个。

现有技术

通常知道，可以用氢卤酸如下地分解植物生物质，从而植物中以纤维素、半纤维素、淀粉的形式和/或寡聚形式存在的碳水化合物被提取、通过酸解聚并溶解在其中。知晓许多方法，其中仅Bergius-Rheinau方法在工业上已获得实施。水解的一般原理在直立的和一个接一个连接的反应器中实现，其中不同浓度的酸经过反应器被引导(参见DE 927139)。

这些方法获得了应用，然而优选地在针叶木的情况下。在专利DE 3539492中，简略地知道对于该限制的原因。据此重要的是，“水解后残留的木质素颗粒具有这样的强度，从而所产生的糖-盐酸溶液还可以经过木质素层流动并且木质素骨架不粘结为不再允许过滤的坚固糕饼”。特别是“弱木质化的一年生植物”……“不能按照该方法加工或仅在非常困难的条件下被加工”。在严格的条件下可以弄清对于这些“粘结”的机制并找到简单的用仪器的解决办法。

此外，在专利DE 3539492中提供了对于上面提及的问题的解决办法。在反应器中，将生物质与盐酸和HCl-气体一起借助于转运泵(Umpumpen)经过冷却器混合并同时引开在此所产生的热。该做法，如在专利中详尽解释的那样，在实验室标准下例如对于秸秆作了测试并且取得了良好的结果。在此强调这样的事实，可以达到高的固体浓度(溶液中30％TS)。这在传统的方法中通过使用直立式反应器虽然也是可能的，然而酸不得不经由显著更大的体积泵送，这是因为例如秸秆糠的填充密度在大约0.06-0.1千克/升。这以在相同的生物质通过量下显著更多数目的反应器为条件，这最终导致相当大的投资费用增加。与此相反，借助于转运泵的秸秆的混合导致这样的效应，其平衡了该情况。所提出的做法的缺点是苛求的仪器设计。待混合的料堆在反应器中被移动的设备压紧(能量消耗)并且必须借助于特殊的泵(其必须是耐酸的且能输送固体)，经特殊的为此而设计的冷却器引导。与此相反，传统的方法对于待输送的液体用泵来对付，而没有反应器中的可活动装配，并且没有冷却器。

发明

在此描述的发明以非常简单的方式使得适应传统方法成为可能，从而按照传统方法的主要特征——流动相经过直立固相的输送，可以使一年生或弱木质化的植物糖化，而不发生投资费用的显著增高。

发明描述

在此描述的发明基本上基于两个主要的变化。

第一个变化基于弱木质化的生物质大多数可以被团粒化这种情况。即，它们在装填入水解反应器之前被压紧。相应的压紧设备因此不必是耐酸的，这可能导致明显的费用节省。由此，填充的密度，例如秸秆的，可以提高8倍。与传统的用木片的装载(大约200-230kg/m³)相比，这相当于待安装的反应器容积的大概一半。可是已显示，仅用团粒填充可以导致在酸的引入下如此地膨胀，以致不再可以保证均匀的流动。酸顺着反应器壁沿膨胀的生物质旁流动。既不获得完全的水解(酸仅不完全地到达生物质中)，酸包括已溶出的物质也不能从生物质中被提出来。例如对于秸秆，反应器被秸秆糠和团粒的混合物填满，会出现这样的情况。两个组成部分的份额使确定的装载调整成为可能。对于秸秆，可以通过实验发现，在300kg/m³的载荷下，可以相应地保证传统的方法的生产。这进一步相应于相比用木材的传统装载而言30-50％的提高。另一个方面涉及泵的选择和布局，用以引导液体经过反应器。理论上必须可能的是，当所采用的泵(或相应于此的技术前提)抵消由较密的散积物引起的增加的压力损失，而液体的均匀流动没有被填料(Schüttung)危害时，达到较高的填充密度。然而，该可变性在安排方面不触及核心想法，即通过经定义的团粒混合增加较高的填充密度。