[发明专利]用于从植物基和再生材料生产纸浆、能源和生物衍生物的方法和系统

说明书

本发明所公开主题涉及一种用于处理各种植物材料以生产市场材料的工业系统。具体地，该系统结合了亚临界水提取技术，并包括恒定控制温度，压力和/或停留时间的预处理模块和二级处理模块（处理模块）。在一些实施例中，所公开系统的最终产物可包括用于生物燃料生产（糖和/或油）的原料成分，生物炭和各种工业原料（例如用于制造纸产品和/或用于食品或工业产品的纤维素的纸浆）。所公开系统可以是模块化的或非模块化的，并且可以包括带自动编程或手动操作的预制元件，使得其能够容易地在现场移动和/或组装。

技术领域

本发明所公开的主题涉及用于植物材料，木材，木渣，藻类，真菌生物质，农业废弃物，再生材料，易腐烂废弃物，和/或副产物或其中间产物的工业加工的模块化或非模块化系统，使用亚临界水辅助水解作用生产纸和纸浆产品，用于生物能源行业的原料成分以及其它生物衍生物商品。

背景技术

禾本科植物，非食物作物和农业废弃物作为生物燃料和纸浆/造纸生产的成本效益绿色原料已经显现出潜力，并且在过去的十年中已经成为广泛研究项目的主题。然而，由于可以从给定地形移除的生物质的量有限，生物质必须从场地运输到处理器，增加了生产过程的成本。此外，在生产纸浆和纸产品的过程中，需要大量的能量用于加热，以及相对较大量的化学催化剂（通常氢氧化钠含量超过25%，以体积计量），增加了制造成本。因此，具有用于处理植物生物质以生产用于生物能源工业和/或绿色化工以及用于制造纸浆和纸产品的原料成分的经济可行的系统和技术是有利的。

发明内容

在一些实施例中，本发明所公开主题涉及一种系统，该系统包括具有用于提取水溶性可发酵碳水化合物的机械处理器/材料处理的预处理部分和具有反应器的提取部分，向所述反应器中提供生物质和亚临界水以生产可发酵碳水化合物，油，纤维素，纸浆和其它生物衍生物。在一些实施例中，反应器包括在第一压力和第一温度下的第一操作条件，第一压力和第一温度持续第一预定时间段以分解第一链强度（阶段1）的碳水化合物，以及在第二压力和第二温度下的第二操作条件，第二压力和第二温度持续第二预定时间段以分解第二链强度（“阶段2”）的剩余的碳水化合物。在一些实施例中，反应器仅包括两个操作条件中的一个（阶段1或阶段2）。在一些实施例中，反应器包括重复阶段1和/或阶段2的几个操作条件。

在一些实施例中，本发明所公开主题涉及一种生产用于纸或作为食品添加剂的纸浆的方法。具体地，在一些实施例中，所述方法包括：将生物质加工成加工尺寸；用包含量小于约10wt%的碱性催化剂（例如，但不限于NaOH和/或KOH）的催化剂处理生物质以生产纸浆产品；利用亚临界水工艺处理生物质。因此，碱性催化剂可以0，0.5，1，1.5，2，2.5，3，3.5，4，4.5，5，5.5，6，6.5，7，7.5，8，8.5，9，9.5或10wt%的量存在。

在一些实施例中，本发明所公开主题涉及由烟草生物质制成用于纸的纸浆，其中纸浆由包括以下步骤的方法制得：将生物质加工成加工尺寸；使用亚临界水处理方法，用包含量小于约10%的碱性催化剂的催化剂处理生物质以生产纸浆产品。在一些实施例中，处理步骤包括干燥或新鲜生物质和/或通过诸如锤式粉碎机的机械研磨机处理生物质。在一些实施例中，亚临界水处理过程包括应用加热（约180℃或更低）到反应器。

在一些实施方案中，本发明所公开主题涉及一种生产具有优良性能的生物炭的方法。该方法包括将生物质引入所公开系统中，所公开系统包括具有用于提取水溶性可发酵碳水化合物的机械处理器/材料处理的预处理部分，以及具有供有生物质和亚临界水的反应器的提取部分。该方法还包括在生物炭生产过程中向系统中加入油，其中，所产生的生物炭与现有技术方法生产的生物炭相比表现出更优良的性能（例如，热值增加）。