所述塞之后的高压区317。湿润流体309(在此情形中为 水)被加入挤出机筒中。在所述动态塞之前，从湿的所挤出的生物质中挤压出液体级分(挤 出液313)。固体级分323(例如，以45-50%的固体)通过排出阀319离开而进入反应器321中 用于进一步处理。在相关的实施方案中，挤出在挤出机中发生。在相关的实施方案中，用于 分离固体级分和液体级分的挤出机包括一个至多个螺杆。在相关的实施方案中，挤出机包 括两个螺杆（"双螺杆挤出机"），如图4中以挤出机类型的反应器402所示，其中所述反应器 402具有双螺杆404a和404b，其经过生物质添加406而使所引入的生物质移动通过挤出机， 在离开挤出机之前对其进行加工，并通过压力控制阀405控制。在另一个实施方案中，所述 反应器包括引流管，液体级分通过所述引流管离开所述反应器。
[0204]在一个实施方案中，反应器包括水入口，其适于允许水被引入或注射到反应器中。 所述反应器可用于生物质的预处理，固体基质的水解，液体级分的水解等。在相关的实施方 案中，通过所述水入口将水引入所述反应器中以淬灭预处理或水解反应。在相关的实施方 案中，在至少一部分内容物已反应(例如被预处理或被水解)之后，通过水入口将水引入。在 其中反应器包括挤出机的实施方案中，所述反应器具有限定挤出机的长度部分的反应区， 其中发生预处理或水解反应。在这种实施方案中，生物质、固体基质或液体级分在第一终点 处进入所述反应区而当材料通过反应区被推向第二终点时发生预处理或水解。在另一个实 施方案中，水入口在挤出机类型的反应器上的位置在所述第一终点和所述第二终点间的至 少一半处，在所述第一终点和所述第二终点间的路径的至少5/8处，在所述第一终点和所述 第二终点之间的路径的至少2/3处，在所述第一终点和所述第二终点之间的路径的至少3/4 处或在所述第一终点和所述第二终点之间的路径的至少7/8处。
[0205] 在一个实施方案中，反应器包括多个单元401a，401b，401c和401d，其适于允许水 被引入或注射到反应器中，例如，如图4中所显示的。所述反应器可用于生物质的预处理，固 体基质的水解，液体级分的水解等。在相关的实施方案中，水通过多个水注射装置中的至少 一个而被引入反应器中，以调节反应器的温度和压力中的至少一个。在相关的实施方案中， 所述水注射装置沿着挤出机类型的反应器402的长度相联，如图4中所显示的。在另一个相 关的实施方案中，通过多个水注射装置中的至少一个将包含水和至少一种其它组分的流体 引入所述反应器中。在另一个实施方案中，所述包含水的流体具有已知温度和已知压力中 的至少一个。
[0206] 在一个实施方案中，反应器包括一个或多个温度控制装置403a，403b，403c和 403d，其适于监控发生在所述反应器中的反应的温度，例如如图4中所显示的。所述反应器 可用于生物质的预处理，固体基质的水解，液体级分的水解等。在相关的实施方案中，所述 温度控制装置与一个或多个水注射装置相关联。在相关的实施方案中，所述温度控制装置 适于当反应的温度落到预定的温度范围之外时，所述温度控制装置引起一个或多个水注射 装置允许流体的引入。在相关的实施方案中，将注射到所述反应器中的流体的温度和/或压 力是已知的。在另一个相关的实施方案中，多个温度控制装置中的任一个与单个水注射装 置相联。在另一个相关的实施方案中，多个水注射装置中的任一个与单个温度控制装置相 联。在另一个实施方案中，多个温度控制装置中的任一个与多个水注射装置之一相联，反之 亦然。
[0207] 在一个实施方案中，预处理反应器包括锥形反应器901，例如图9中所示的。除了用 作预处理反应器之外，所述反应器可备选地被用于固体基质的水解，液体级分的水解等。在 相关的实施方案中，所述锥形反应器包括:锥形的反应容器，其通过轴线、半径和内部周边 被定义;混合工具(例如叶轮902和电动机903)。在相关的实施方案中，所述混合工具包括： 臂，其围绕所述锥形反应器的轴线并且基本上平行于所述锥形反应器的半径旋转;第一电 动机，其可操作地与所述臂相联;叶轮，其通过叶轮轴线被定义并且与所述臂以及与第二电 动机相联，其中所述叶轮围绕其自身的叶轮轴线并且基本上平行于所述锥形反应器的内部 周边旋转。在相关的实施方案中，所述第一和第二电动机包括单个电动机。在另一个相关的 实施方案中，所述叶轮还包括基本上沿着所述叶轮轴线延伸的叶轮轴和与所述叶轮轴周向 相联的至少一个叶轮叶片。在相关的实施方案中，所述叶轮包含一个叶轮叶片。在相关的实 施方案中，所述叶轮叶片螺旋形地与所述叶轮轴相联。
[0208]在一个实施方案中，用于转化生物质的设备包括：
[0209] 预处理反应器，其适于预处理生物质；
[0210]第一水解反应器，其与所述预处理反应器相联并且适于水解在所述预处理反应器 中形成的固体基质；
[0211]第二水解反应器，其与所述预处理反应器相联并且适于水解在所述预处理反应器 中形成的第一液体级分;和
[0212] 任选地，第三水解反应器，其与所述第一水解反应器相联并且适于水解在所述第 一水解反应器中形成的第二液体级分。
[0213] 本发明在下列实施例中被进一步定义，其中所有的部分和比例都是按重量的，除 非另行指出。应当理解，这些实施例虽然表明了本发明的优选实施方案，它们仅仅是以阐释 的方式给出的而不应被解释为以任何方式是限制性的。从上文的讨论和这些实施例中，本 领域技术人员能够确定本发明的关键特征，并且能够不背离本发明的精神和范围而对本发 明做出各种改变和修饰，以针对各种用途和情况对其进行调节。 实施例
[0214]实施例1:生物质的持续预处理
[0215]使用了具有100kg/d(干基）能力的连续试点规模系统。预处理设置的图示显示在 图2中。将水中的生物质浆201添加到炉203中并加热。任选地，将二氧化碳205作为超临界流 体引入，其中超临界C02作为催化剂被引入预处理反应器207中。在预处理之后，通过引入冷 却流体209来冷却经分级的生物质，所述冷却流体是例如水(含有或没有酸，优选无机酸）。 使用固/液分离器211将含有木糖的液体级分215与含有纤维素和木质素的固体级分213分 离。在220-250°C的温度范围中、lOObar的压力和1-1.6分钟的停留时间内进行实验。图14显 示了基于进料的产率;所述进料含有约35 %葡聚糖，约18 %木聚糖和约30 %木质素(混合的 硬木）。
[0216]实施例2:使用超临界和近临界水的持续纤维素水解
[0217]使用了具有100kg/d(干基)能力的连续试点规模系统。图7中显示了纤维素水解设 置的图示。首先在炉702中预热经预处理的生物质浆701，然后使用超临界和近临界流体使 其在水解反应器707中直接经历水解。超临界水(SCW)705(通过在压力下、在炉704中加热水 蒸汽703而制备)和超临界C0 2706(以及任选地酸，未显示)在葡聚糖上起作用以选择性地将 其水解而大部分木质素保持为不可溶的。用例如水淬灭剂708(含有或不含有稀释的酸，优 选无机酸，例如硫酸)来淬灭经水解的浆，以减慢水解反应并防止降解产物的形成。在淬灭 中使用酸也将纤维寡糖水解为葡萄糖单体。进一步用冷却流体(例如水709)来冷却经水解 的浆。在固/液分离710之后，获得了含有己糖711的液相和主要含有木质素712的固相。在 360-374°C的温度、在225bar的压力和Is的停留时间下进行了实验。将⑶ 2引入浆(4wt%) 中，其中超临界⑶2是催化剂。通过注射冷水直接淬灭反应而将温度保持所需的停留时间。 表1和表2分别显示了停留时间为为Is和1.2s的基于进料的产率;其中进料含有约55%葡聚 糖和约40%木质素(经预处理的固体）。所有的产率都是理论值的％，并且是指在液体中的 那些(除了木质素之外，其处于固相）。纤维素水解和木质素溶解是反相关的。还以可观的量 产生了羟乙醛和乙醇酸并且它们可被分离作为有价值的产品。
[0218]表1:持续纤维素水解的结果
[0219]
[0220] 预热阶段：250°C/20s
[0221] 纤维素水解阶段:2s
[0222] 实施例3:使用酸和热加压水来进行低聚木糖(X0S)至木糖单体的持续转化
[0223] 使用了具有10kg/d(干基)能力的持续系统。设置的图示与图2中所显示的相似。使 用了与实施例1相似的、由预处理操作产生的木糖液体作为起始材料。在180_240°C的温度 范围内，lOObar的压力和1 -3的停留时间内进行实验。将0.1 % -0.2 % (pH= 1.7-2.0)的H2SO4 引入所述液体中作为催化剂。结果显示，使用0.2%的酸可在Is中实现约90%的单体木糖产 率(图15)。
[0224]实施例4:使用酸和热加压水进行的纤维寡糖(C0S)至葡萄糖单体的持续转化 [0225]使用了具有10kg/d(干基)能力的持续系统。设置的图示与图2中所显示的相似。过 滤与实施例2相似的、由纤维素水解操作产生的浆并且将所产生的液体用作起始材料。在 200-260°C的温度范围内，lOObar的压力和l-3s的停留时间中进行实验。将0.2%的H 2S〇4或 0.25%的草酸引入所述液体中作为催化剂。结果显示，使用0.1 %的硫酸可在Is中实现约 90%单体葡萄糖的产率，如图13中所显示的。
[0226] 实施例5:纤维素水解停留时间对于葡萄糖和副产物的生产的影响
[0227] 在377°C、在通过上述预处理步骤制备的固体基质上、以不同的停留时间（1.6s， 5s，7s和10s)进行了持续纤维素水解。对于某些组分（葡萄糖、水解后葡萄糖(PH)、羟乙醛 (GLA)、以及葡萄糖(PH)和GLA之和），测量了产率(作为每种组分的理论最大值的百分比）。 结果显示在图12中，其中葡萄糖显示为菱形，葡萄糖PH显示为三角形，羟乙醛(GLA)显示为 正方形，葡萄糖(PH)和GLA之和显示为X。随着停留时间的增加，总葡萄糖(葡萄糖PH)的水平 减少而羟乙醛的水平增加。因此，有可能调节所述方法以产生更多的糖(葡萄糖)或产生更 多的副产物(例如羟乙醛）。
[0228] 羟乙醛可被容易地氢化为单乙二醇(MEG)，例如使用兰尼镍催化剂。此外，产生了 乙醇酸，甘油醛，乳酸和乙酸，其可通过使用例如液-液提取而被分离。
[0229]使用由1.6s停留时间产生的葡萄糖液体进行了乙醇发酵。在用活性碳进行处理和 超碱处理之后，可发酵至高产率。结果显示在表2中。
[0230]表2:使用葡萄糖液体的乙醇发酵
[0232] ^实施例6: C02对于葡萄糖和副产物的生产的影响
[0233] 具有或没有C02时，在377°C、以1.6s的停留时间、在通过上述预处理步骤制备的固 体基质上进行了持续纤维素水解。结果显示在表3中。
[0234] 表3:C〇2的影响
[0235]
[0236] 如能够见到的，有和没有C〇2时，通过持续纤维素水解产生的产物和副产物的不同 水平的差异在统计学上是不显著的。因此，似乎对于葡萄糖产率、副产物产率或木质素回收 没有有益的效果。因此，避免抽吸C0 2、用于再循环的C02压缩的花费，以及避免在超临界条件 下包括C〇2的额外的复杂性将是有益的。
[0237] 实施例7: C02在预处理步骤中的影响
[0238] 在约230°C至240°C、以约1.5分钟的停留时间用⑶2进行生物质的预处理。结果显 示在图5中。这一数据显示了在液体中有良好的木糖回收且在固体中有良好的葡聚糖回收。
[0239] 虽然公开了本发明的优选形式，对于本领域技术人员而言，下列将是显然的：可进 行将实现本发明的某些优势的各种改变和修饰而不背离本发明的精神和范围。因此，本发 明的范围仅由所附的权利要求确定。
[0240] 当范围在本文中被用于物理性质(例如分子量)或化学性质(例如化学式)时，意在 包括其中的具体实施方案的范围的所有组合和亚组合。
[0241] 本文件中所引用或描述的每个专利、专利申请及出版物所公开的内容均在此以其 全部通过引用而并入。
[0242] 本领域技术人员将领会，可对本发明的优选实施方案进行许多改变和修饰，并且 可进行这些改变和修饰而不背离本发明的精神。因此，所附的权利要求意在涵盖落在本发 明的真实精神和范围内的所有这些等同的变化。
[0243] 本发明涉及：
[0244] 1.用于持续处理生物质的方法，所述方法包括：
[0245] 预处理步骤，其中使所述生物质与第一超临界、近临界或亚临界流体接触以形成 固体基质和第一液体级分；
[0246] 其中所述第一超临界、近临界或亚临界流体包括水和任选地C02;和
[0247] 其中所述第一超临界、近临界或亚临界流体基本上不含&-C5醇；以及
[0248] 水解步骤，其中使所述固体基质与第二超临界或近超临界流体接触以产生第二液 体级分和不可溶的含有木质素的级分；
[0249] 其中所述第二超临界或近临界流体包括水和任选地C02;和
[0250]其中所述第二超临界或近临界流体基本上不含&_C5醇。
[0251] 2.项目1的方法，其中所述第一超临界、近临界或亚临界流体包含少于约10%的二 氧化碳。
[0252] 3.项目1的方法，其中所述预处理步骤在所述第一超临界、近临界或亚临界流体的 至少一种组分的临界点以下的温度和压力发生。
[0253] 4.项目1的方法，其中所述预处理步骤在约150°C至约300°C的温度进行。
[0254] 5.项目1的方法，其中所述预处理步骤在约50bar至约115bar的压力进行。
[0255] 6.项目1的方法，其中所述生物质在所述预处理步骤中的停留时间为约1分钟至约 5分钟。
[0256] 7.项目1的方法，其中所述固体基质和所述第一液体级分中的至少一种被冷却到 所述预处理步骤的温度以下的温度。
[0257] 8.项目9的方法，其中所述固体基质和所述第一液体级分中的至少一种被冷却到 约20°C至约90°C。
[0258] 9 .项目1的方法，其在所述预处理步骤之后和所述水解步骤之前进一步包括第一 分离步骤，其中所述固体基质和所述第一液体级分被分离。
[0259] 10.项目9的方法，其中使用挤出机或离心压力来进行所述第一分离步骤。
[0260] 11.项目1的方法，其中所述第一液体级分包含低聚木糖。
[0261] 12.项目1的方法，其中所述第一液体级分包含大于最大理论产率的大约50%的量 的低聚木糖。
[0262] 13.项目1的方法，其中所述预处理步骤是持续的。
[0263] 14.项目1的方法，其中所述第二超临界或近超临界流体不包括酸。
[0264] 15.项目1的方法，其中所述固体基质在所述水解步骤中的停留时间为约1秒至约 30秒。
[0265] 16.项目1的方法，其中所述水解步骤在所述第二超临界或近临界流体的至少一种 组分的临界点以上的温度和压力发生。
[0266] 17.项目1的方法，其中所述水解步骤在约275°C至约450°C的温度发生。
[0267] 18.项目1的方法，其中所述水解步骤在约200bar至约250bar的压力发生。
[0268] 19.项目1的方法，其中所述水解步骤是持续的。
[0269] 20.项目1的方法，其中从所述预处理步骤的开始至少到所述水解步骤的结束，所 述固体基质被保持在约185°C或更高的温度。
[0270] 21.项目1的方法，进一步包括在所述水解步骤之后冷却所述木质素