生物质的湿法氧化的制作方法
【专利说明】生物质的湿法氧化
发明人:
理查德艾伦梅里尔科恩彼得森相关申请的交叉引用
[0001]本申请根据35USC§ 119要求于2013年I月16日提交的并且标题为“在更高的预处理PH和更低的抑制剂浓度下通过湿法氧化处理来加工高干物质含量的木质纤维素生物质而无C02积累产生的方法和装置”(“METHOD AND EQUIPMENT FOR PROCESSINGLIGNOCELLULOSIC B1MASS AT HIGH DRY MATTER CONTENT BY TARGETED WET OXIDAT1NWITHOUT C02ACCUMULAT10N RESULTING IN HIGHTER PRETREATMENT pH AND LOWERINHIBITOR CONCENTRAT1N”)的美国临时专利申请序列号61/753，098的优先权，其全部内容通过引用结合在此。
背景
技术领域
[0003]本披露总体上涉及使用氧气预处理生物质。具体地，本披露涉及湿法氧化燃烧一种预调节的生物质中的木质素组分。
[0004]相关技术说明
[0005]“生物质”或“生物材料”的通用定义可以包括农业商品和残留物，植物和树，藻类，作物残留物，废弃材料(包括废木和木材余留物)，动物废物和副产物(包括脂肪、油类、油月旨、和粪肥)，建筑废物，以及食物和庭院废物。生物质的容易获得的来源可以包括农作物残余物(例如，稻草、玉米秸杆、甘蔗渣、外果壳和外壳等等)，有目的地栽培的能源作物(例如，芒草和柳枝稷)、森林残余物(例如，锯木厂残余物、木片、森林间伐材、湿混合废木料、和木材废料)，以及废弃物(例如城市固体废弃物(“MSW”)，包括园林废弃物、工业食品加工废弃物、粪肥、和污泥(“SS”)的)。
[0006]这些生物质材料可能大量产生，但是此类材料中的许多可能缺少商业上可行的最终用途。在MSW和SS的情况下，公共基金的大量支出典型地用于此类废弃物的处置，包括收集、处理、运输和最终处置中涉及的费用。源自于生物质的能量(即，燃料)和化学产品的回收可以避免处置的费用并且降低对于不可再生的化石燃料资源的依赖，这些化石燃料资源充当许多工业化学品生产的原料。
[0007]然而，许多此类生物质材料可以含有变化量值的木质素、半纤维素、纤维素、和/或其他类似的组成成分。此类生物质组分可能降低该生物质的生物可接受率并且抑制从生物质生产令人希望的燃料和其他生物产品。
详细说明
[0008]在以下的描述中，提及了在其中可以实施本披露的示例性实施例。这些实施例足够详细地进行描述，以使得本领域技术人员能够实施在此披露的概念，并且应理解可以对各种披露的实施例做出改变，并且可以使用其他实施例，而不背离本披露的精神和范围。因此，以下详细说明不是在限制性意义上进行的。
[0009]贯穿本说明书提及“一个(one)实施例”、“一个(an)实施例” “一个实例”、或“一个实例”意思是所描述的关于该实施例或实例的一个具体的特征、结构、或特性包括在本披露的至少一个实施例内。因此，贯穿本说明书在不同地方出现的短语“在一个实施例中”、“在一个实施例中”、“在一个实例中”或“在一个实例中”非必须全部指同一个实施例或实例。此外，可以在一个或多个实施例或实例中将这些具体的特征、结构、或特性以任何合适的组合和/或子组合进行组合。
[0010]本披露的实施例提供用了使用定向的湿法氧化(targeted wet oxidat1n)来预处理生物材料的方法、装置、组分、和/或技术。在一个定向的湿法氧化预处理操作中，可以提高生物质组分的生物可接受率。本披露的实施例包括在生物材料上进行的选择性地氧化该生物质的木质素组分的方法，由此产生生物可用的/可消化的生物质纤维。在本披露的实施例中，此类方法可以包括用来制备用于随后发酵或其他类似的转化的生物材料进行的预处理工艺，该随后发酵或其他类似的转化这可以产生有用的生物燃料或其他生物产品。
[0011]根据实施例，可以用水、热量、和适度浓度的氧气来预处理生物质原料以便打开这些生物材料的木质纤维素的结构。本披露的实施例包括在一个或多个反应容器中进行的半连续的或连续的过程。总体而言，此类方法在相对高的生物质干物质含量下并且在受控的氧分压下预处理生物质。此类方法可以在此称为“定向的湿法氧化”法。此类方法的一种产物包含可以在此称为“预处理的浆料”的浆料。来自本披露的定向的湿法氧化法的预处理的浆料，可以随后用酶水解以产生一种糖流或者可以使用一种生化过程发酵以产生有用的化合物，如挥发性脂肪酸(“VFA”)、醇、酮、甲烷、和其他烃类。
[0012]根据本披露的实施例，一种定向的湿氧化法可以在一个综合系统中进行，首先在一个半连续系统中预调节生物质接着施用一种预处理操作。本披露的实施例包括一种用于进行在此披露的各种方法的反应组件。该反应组件的实施例包含一个进料斗、螺旋压机、由进料斗进料的进料流槽(feed sluice)、预处理反应器、和闪蒸罐。
[0013]在实施例中，可以在该进料斗中收集预调节的生物质。进料斗的实施例包括一个高速进料螺杆。一个被安置在该进料斗和该进料流槽之间的进料流槽进口阀门可以选择性地允许该进料斗和该进料流槽之间的液体连通，这样当该进料流槽阀门打开时生物质可以从该进料斗传送到该进料流槽中。在实施例中，该进料流槽包含一个压力容器。该进料流槽的实施例包含一种高压蒸汽进口、再循环蒸汽进口、和一个进料流槽排气阀。在某些实施例中，该进料流槽还包含一个排气管道以便在打开该进口阀之前使该流槽内的压力降低。在实施例中，每个蒸汽进口导管包含一个阀门。该进料流槽的实施例还包含一个进料流槽出口阀门和通往该预处理反应器的进料流槽出口导管。
[0014]当该进料流槽出口阀门打开时，生物质可以从该进料流槽经由一个流放进料(sluiced feed)系统进入该预处理反应器。在实施例中，该进料流槽和预处理反应器包含多个压力反应容器。具体地，该进料流槽和/或预处理反应器的实施例可以耐受最高达47巴(g)的内压力。
[0015]在实施例中，该进料流槽在容积上比该预处理反应器更小。例如，该进料流槽的实施例包括该预处理反应器容积的1% -50%的容积。
[0016]该预处理反应器的实施例包含一个来自该进料流槽的进口导管、一个减压阀、一个具有排气阀门的排气导管、一个通向该闪蒸罐的出口导管、以及一个或多个蒸汽进口。在实施例中，该排气导管和排气阀门在该预处理反应器的顶部或在其顶部附近。在实施例中，该预处理反应器具有一个或多个引入区。引入区包含在其中将氧气和蒸汽进料到该预处理反应器内的区域。在实施例中，引入区包含一个限制该预处理反应器的内部容积的环形。该环形包含众多面向内部的引入端口，通过这些端口将高压蒸汽、氧气或二者的混合物进料到该预处理反应器内。在一个实施例中，该预处理反应器包含三个凸缘，每个凸缘代表一个引入区。每个引入区可以由具有阀门的进口导管进料。可以使用额外的或更少的引入区，这取决于所预处理的生物质和其他过程的考虑。一个预处理反应器由一系列的连接的区段制成，这些区段共同构成一个管型反应器。
[0017]竖直的预处理反应器的实