专利名称：将植物生物质连续分离为液体相和稠浆状含固体相的方法
技术领域：
本发明涉及将植物生物质连续分离为液体相和稠浆状含固体相的方法。所述液体相和含果肉相的固体都可再利用，即它们都具有工业上的价值。该方法的起始原料是处于湿润状态的植物生物质。
本发明方法使用的植物生物质或者为自然湿润状态，或者为工业加工的湿润状态。
一种采用工业加工湿润状态的植物生物质的例子是废谷物，更具体地说是用于制造啤酒、威士忌等的废谷物。
一种采用自然湿润状态的植物生物质的例子是从中可产出饲料的新鲜起始原料，更具体地说是来自牧场的草。通常，人们考虑处于自然湿润状态的植物生物质的例子是具有高蛋白质含量和/或糖含量的新鲜植物或植物成分或它们的新鲜渣。这具体地包括三叶草、苜蓿草和草(上面提到的)，但是还可以是豆类植物、大豆、高梁、芥菜、羽衣甘蓝草、芜菁、香蕉叶、甘蔗渣、葡萄皮、外壳/皮、果渣如柑橘类水果和无核水果的渣，以及富水植物(ranking water plants)如浮萍属和风眼蓝，及几种其他的植物。
从美国专利US3684520A和/或FR2294647A和/或FR2294648A中已知加工新鲜的碎叶绿植物或其他碎植物生物质，所述植物处于自然湿润状态，首先在一个混合机中与目标添加剂相结合，然后在一个压榨机中产生压榨的汁液，蛋白质和/或叶绿素从所述汁液中分离出来，及压榨饼可以被经济地干燥。
在美国专利US3684520A中更具体地描述了压榨促使自然植物的结构被破坏，使不同的物质(所述物质一般通过植物的结构组织作用被分离出来)相互接触，这会使这些物质中的一些被降解。
在FR2294647A和/或FR2294648A中更具体地描述了用来自压榨机的循环的榨出汁向混合机进料，从而将循环的榨出汁与待压榨的物质相混合，其目的是利用循环汁液的热量及其包含的化学物质(如果存在的话)。从公开的内容看出，循环的榨出汁的重量约为处理的生物质干重的3倍，及小于用于产品分离的榨出汁输出量之重量。还公开了在进行混合操作之前对生物质进行机械裂解处理，如在锤式粉碎机进行撕裂或粉碎处理。
另外，一种类似于现有技术提到的方法如EP0213605A公开的方法，在该专利中来自甘蔗(非甘蔗渣)的生物质被进行干馏以生产纤维和非纤维部分；与厚壁组织细胞相对应的纤维部分包括外壳和维管束，及与软组织细胞相对应的非纤维部分。甘蔗块首先被刀片切碎以得到剁碎的物料，粒径为2-6cm，然后干燥，然后分馏。非纤维部分是高糖含量的固体物料，适宜用作动物的饲料或制糖的起始原料。纤维的制备不是本发明的目的。
在GB1377438A中更具体地公开了输入自然湿润状态的植物生物质至装配有旋转刀片的容器中，及将从所述植物生物质中分离出的含水汁液的一部分再循环，从而减少悬浮于绿色汁液中起始原料的尺寸；从所述绿色汁液中分离叶绿体核蛋白质，留下清汁液的残留物；从清汁液中分离胞浆蛋白留下以棕色汁液为特征的残留物；所述棕色汁液的浓缩物或者用于生产糖浆，或者再循环到所述第一操作。再循环液的重量是所述植物生物质(是紫花苜蓿)重量的1-3倍。据说该方法能产生有价值的汁液并留下适宜用作动物饲料的干燥蛋白质。纤维的制备不是该方法的目的。
在US4468463A中更具体的公开了输入肥料到粉碎机及再循环从所述肥料中分离出的一部分含水汁液。
为了处理植物生物质在含水汁液中的流动悬浮物以制备纤维，及由于生物质的纤维形成细胞壁(该细胞壁封住了有价值的有机物如蛋白质和其他位于细胞中的目标产品)，需要对所述细胞壁进行粉碎操作，从而释放并回收有价值的有机物。
在前面所提到的现有技术中，该粉碎操作是通过冲压、碾压和/或切碎完成的，上述操作会使纤维散乱地变短。此外，这种处理不能将纤维相互地分离开来和挑选出来。另外，当运用该方法处理包含适宜百分比的完整细胞(该细胞具有不可破碎的细胞壁)的植物原料时，冲压是一种相当低效的干燥方法。
一种已知类型的粉碎机用于分裂细胞壁并将小直径的纤维挑选出来，同时维持纤维的长度，至少达到适宜的程度。这种特别类型的粉碎机例如被公开在各自的公报专利或专利申请或实用新型文献DE2338964A、DE3231168B、DE3533255A、EP0134697B、DE7819825B和DE7808695U中，所述粉碎机例如可以从Siefer Maschinen-fabrikGmbH 3 Co.KG，D-42551 Velbert(Germany)购得，cf.例如(其中)它们的工业实例为TRIGONAL(R)type SM 290。重要的是，这种特别类型的粉碎机是具有至少一个粉碎段的旋转粉碎机，所述粉碎段包括相互联系的定子和转子部件，它们具有各自的操作表面并被所述粉碎段的相联操作隙间隔开，所述表面通过相联操作隙相对设置，所述表面的每个都装配了切割部件，所述切割部件直接进入所述相联操作隙并止于切割缘，粉碎段的有效保护隙被定义为如下位置的最小距离当所述粉碎机运转时在各段的相联操作隙中其中一个切割缘与另一个操作面之间的距离。
传统上，这种特别类型的粉碎机被给入产品悬浮液，该悬浮液由所述产品被切碎后置入载体流或介质中形成。当使用植物生物质时，需要加入一些含水液体，因为植物生物质的自然湿度不足以提供所需要的悬浮液，及粉碎操作会产生易于堵塞所述粉碎机的浆料。然而，基于经济的原因通常加入含水液体的量被保持在尽可能低的水平以有利于粉碎机的操作，即不高于适宜处理所述物质所需要的量，这意味着植物生物质在含水液体中以相当浓的悬浮液形式被输入粉碎机；cf.例如根据上面提到的GB1377438A的教导，其中循环液的重量是植物生物质重量的1-3倍。然后，所述粉碎机制造悬浮在含水汁液中的粉碎生物质物料的浆料。该浆料最终被分离为含水汁液和糊状物，然后它们都被最大程度地使用。
令人惊奇地是，已经发现上面所提到的粉碎机类型的惯用操作模式被改变，从而使得含水液体的加入量多于完全处理该物料所需要的量，即所述粉碎机的正确操作，这种改变(即使用更多的添加含水液体)提高了粉碎机挑选小直径纤维的处理能力，同时维持了纤维在所得到的浆液中的长度，及还会对所述植物生物质的细胞起作用以打开它们，使它们所含的物质释放到含水汁液中。
为了达到上面所述效果，优选地，所述粉碎机的最后粉碎段具有一个有效的剪切隙，其宽度10倍于所产生的预定最大纤维厚度并在含固体相中结束。
所述惊人效果是由流动悬浮物内部一定流速梯度产生，该成分足以产生一种剪切效应，作用于植物生物质的细胞以打开它们并使其所含的物质释放到含水汁液中，留下的残渣主要由纤维组成。相信所述剪切效应促使所述纤维与流动方向相一致，及因此防止它们在粉碎机通过纵向被切断。
然而，在切割设备中类似的惊人效果是没有使用任何切割部件。这样一种切割设备至少有一个切割段，由相互连接在一起的定子和转子部件组成，通过所述级一个相连的有效切割隙将各自切割面分隔开，所述切割面通过相连的有效切割隙面对面设置。
因此，所述惊人效果不仅由于通过处理设备的载体流的流速提高，还由于所述浆料一同被稀释；象上面所说的，所述惊人效果主要是由于悬浮流通过处理设备时产生了一定流速梯度，该梯度产生的切割效应作用于所述植物生物质的细胞。相信所述强切割效应还破坏了生物质中细胞的结构，这是从该处理设备的含水汁液中以高百分比回收有价值产品的原因，所述产品如蛋白质和/或叶绿素及其他有机产物(如用于制造发酵产品和/或生物气的产物)。这也说明了在糊状物(所述糊状物由流出处理设备的浆料产生)中例如通过压榨作用容易达到相当低的含水量——相信纤维中的细胞经切割破坏后使后者含有较少量的水，因此相对于现有技术中达到的含水量更容易被干燥。
最后，当经过处理的稀释浆料被分割后，所得到的含水汁液和糊状物都具有现有技术不能达到的特征，从而使它们比从浓缩浆料中得到的含水汁液和糊状物更具有价值，下面将要做出详细地解释。
因此，本发明的一个目的是提供一种如上面所描述的方法来处理植物生物质，包括在流动悬浮液内部产生一定流速梯度，该梯度足以作用于植物生物质的细胞以打开所述细胞，并允许其中所含物质释放到含水汁液中，而主要由纤维组成并最终为含固体相的残渣被留下来，所产生的含水汁液和糊状物更具有工业价值，更具体地说，它们的应用相对于现有技术的情况在技术上和/或经济上更有利。
本发明的另一个目的是提供一种如上面所描述的方法，将所述浆料分离为稠浆状(即含糊状物的纤维)含固体相和液体相(即含水的汁液)，所述糊状物含有大量有价值的细长纤维，该糊状物相对于现有技术能被更经济地干燥并能更有意义地使用，所述含水汁液能容易分离或直接使用来自细胞的有价值的有机物如蛋白质、叶绿素、发酵产品等。
本发明的另一个目的是提供一种如上面所描述的方法，其中能量代谢、输入和输出物料的经济方面都可以被最佳化，及更具体地说，当前送往所述系统的新鲜水大大地小于与通过产生梯度(gradient-generating)的处理设备的水流对应的水量，另外，其中所有得到的产品(即所有含水汁液和湖状物)被利用及没有产生明显数量的废产物。
根据本发明，通过将权利要求1描述的方法步骤相结合这些目的可以被实现，该方法优选的技术方案被记载在后面的权利要求书中。
本发明方法一些具体的方面如下所述载体流中生物质的悬浮物优选被大于载体流4倍的水稀释，所需要的载体流量仅仅取决于传统的技术条件和经济因素。换句话说，所使用的载体流量比一般地用量要大，优选5倍于一般用量。
任选地，为有利于进料，作为起始原料供应的植物生物质在被送入所述处理设备之前先被预切割以减小其尺寸，更具体地说在与载体流混合之前。典型地，所述起始原料的尺寸被减小后由长度不超过约5厘米的细长片组成。当所述植物生物质由短纤维材料(如废谷物)组成时所述预切割操作可以被省去。
为了节省处理设备，可含在起始原料中的任何比植物生物质密度大的杂质可以通过重力从起始原料和含水汁液的混合物中分离，所述杂质如石头、沙砾、沙子、灰和其他类似的物料，在所述混合物中通过高度稀释起始原料当然有利于分离。
经过所述处理设备的通道之后，流出所述处理设备的悬浮在载体流中的生物质浆料被分离为含水浆液和糊状物，及接下来含水汁液被分离成两部分。其中第一部分再循环使用以作为所述处理设备的载体流。另一部分(或第二部分)例如被用于分离出有价值的产品。另外，直接离开所述系统的含水汁液的第二部分具有如下水含量，该水含量约维持了水的平衡及补偿进入所述系统的水量和离开所述系统的水量，其中前者为作为起始原料的植物生物质所含的水分，后者为所述糊状物包含的水分。
简单地说，在本发明的方法中，(a)约同样数量的流体(主要是水)将于当前以植物生物质(作为起始原料)中所含水分的形式进入该处理设备中，及以含水流体残留物(从含水汁液中分离有价值的产品)和糊状物中所含水分的形式离开所述处理设备；及(b)更大数量的流体将于当前通过所述处理设备流动，数量大于上面所述当前进入和离开所述处理设备的流体。
实际上，通过所述处理设备流动的液体数量取决于所提供的植物生物质的干物含量(即所提供的当前进入所述处理设备的起始原料)，该液体数量将被调到约为所述物料干物含量的20-500倍，优选50-200倍(W/W)。因此，通过所述处理设备流动的液体数量远大于进入和离开所述处理设备的液体数量，所述进入的液体数量与离开的液体数量大致相等。
不论所述处理设备是一种旋转粉碎机还是一种如上面所描述的剪切装置，在所述处理设备内进行旋转的大量流体都会构成和调整较后者，使其最后阶段具有相当大的有效的切割隙。实际上，根据如下参数所述有效切割隙会被最佳化，所述参数包括但不限于作为起始原料的植物生物质的种类，所使用的处理设备的类型，后者的旋转速度及其操作表面的相互位置关系。所述有效切割隙一般被调整到宽度大于所制得的最终含固体相中的预定最大纤维宽度的10倍，及优选地，在所述处理设备的任何操作阶段所述切割隙的宽度大于约1毫米。
考虑到液体流动和在所述流动悬浮物内部一定流速梯度，即使相当大的有效切割隙对悬浮在含水汁液中的生物质物料也具有强剪切作用，该剪切作用产生了预定纤维长度的生物质物料的纤维，例如对于细长纤维典型地为几厘米长及直径为十分之几个毫米。直到现在，这种生物质物料的细长纤维不能在粉碎机中由生物质物料经济地制造，及人们不知道它们完全可以在切割设备中被制造。
现在通过本发明可以从生物质物料中制造该细长纤维，该细长纤维使得以新的方式使用所述生物质物料的纤维部分及获得不同于以前的新产品成为可能。通过实施例，现在可能超过通常制造的小生物相容性小球(如饲料小球)，制造出高强度的大生物相容性产品以用于园艺、建筑物及类似用途，例如垫子、无纺布、板、模塑部件和挤压部件。
下面参照附图对本发明进行描述及对更详细的细节做出例示，其中
图1显示根据EP0134697B公开的旋转粉碎机的粉碎段的纵向剖视图，用于介绍该技术的技术背景；及图2是系统地介绍本发明的方法步骤的系统流程图。
在
图1中，根据EP0134697B公开的处理设备实例显示了旋转粉碎机的技术背景，一般地指1。图中显示了旋转粉碎机1各部件的纵向剖视图，所述粉碎机相对应的一个粉碎段标示为2。在所述粉碎段2中一个定子部件3与一个转子部件4相连并具有各自的操作表面5和6，表面5和6被粉碎段2的一个相联操作隙7间隔开，操作面5和6通过相联操作隙7面对面设置。所述操作面5和6装配了各自的切割部件8和9，部件8和9导入相联操作隙7并止于各自的切割缘10和11。
当所述旋转粉碎机1被操作时，在所述切割缘10和11之间的距离会发生变化，所述切割缘10和11分别在定子3和转子4上，及相应地设置在一操作面5和6及另一操作面5和6。因此，一个有效地切割隙可以被定义为在所述粉碎段2的相联操作隙7的内部后切割缘10和11之间通道的最小距离。所述有效切割隙具有
图1中两个辅助线所示的宽度，作为各自切割缘10和11延长线的两个辅助线相互平行，其间隔距离以x表示，因此，应该理解到所述有效切割隙以x表示，及所述有效切割隙的宽度是x的值或测量值。
然而，在附图中没有显示的另一个处理设备实例是上面所提到类型的切割设备，其中的数据可以在下面的实施例4中发现。
在图2中参照流程图介绍本发明的方法步骤。
应该理解到虽然下面本发明的方法按顺序描述，但是本发明的方法是连续进行的，因此，在连续地操作中该方法步骤同时发生，所指示的数量应被理解为流量，各种流量的流速可以相互作比(如以每单位时间重量计)。
应该理解到在下文中对本发明方法步骤的描述参照了一种处理设备，该设备可以是上文所述类型的粉碎机及如
图1所示，但这只是本发明的一个实施例，该处理设备实施方案另一个实施例是上面所描述类型的切割设备。
方框21说明了提供的起始原料，该起始原料由处于自然湿润状态的植物生物质组成，其最终接受本发明的方法步骤的处理。
例如所提供的起始原料可以是来自牧场的草。在这种情况下，箭头22提示了所提供的起始原料被送到任何已知和适宜类型的切割机23中，对其进行预切割操作，从而减小其尺寸，该操作对于进行下面的方法步骤是必需的。典型地，预切割草料的尺寸被减小后由草料的断片组成，其长度不超过如约5厘米。
如图所示预切割起始原料从所述切割机23出来后被送往调整容器(一般地表示为25)。如图2的系统流程图所示，在所述调整容器25的上部设置有一个装配了搅拌设备27的混合区26，及在所述混合区26的下面还有一个沉淀区28。
更准确地说，如箭头24所示从所述切割机23排出的预切割起始原料被送到所述调整容器25的混合区26。如箭头29所示，如方框30所示还向混合区26输送一种含水汁液。象下面所要解释的，所述含水汁液从该方法的后面步骤再循环到调整容器25的混合区26。如图所示分别通过箭头24和29被送往调整容器25之混合区26的物料和含水汁液在搅拌设备27的作用下被搅拌，从而在调整容器25的混合区26的内部制造一种混合物。
将来自牧场的草作为起始原料是为了举例说明，如上面所述，通过在切割机23中提前进行预切割操作这种混合也是可能的。
在这里为了举例说明采用由短纤维物料自然组成的起始原料，例如当所述起始原料是废谷物时，所述预切割操作和切割机23可以被省略。因此，在这种情况下箭头22将直接进入箭头24，即所提供的起始原料21将直接进入调整容器25的混合区26。
一些杂质如石头、沙砾、沙子、灰和其他类似的物料可以与所提供的起始原料21一起进入调整容器25。这种伴随杂质一般比植物生物质密度大，在混合过程中它们将通过重力从所述起始原料和含水汁液的混合物中分离出来。然后分离出来的杂质将从调整容器25的混合区26下降到调整容器25的沉淀区28，在这里被收集起来，接下来如箭头31所示被排出和处理。
如上所述已经被除去杂质的起始原料和含水汁液的混合物从调整容器25的混合区26被送往粉碎机33，如箭头32所示，粉碎机33处于操作状态。粉碎机33可以是如上所述同样类型的旋转粉碎机1(参见
图1)，或者是任何相当类型的粉碎机，例如所述粉碎机类似于一般用于造纸工业的圆盘精研机。
在粉碎机33中对输入的起始原料和含水汁液的混合物进行的操作最终制造出悬浮在含水汁液中的碎生物质物料的浆液。
该浆液然后从粉碎机33被送到分离器35，如图中箭头34所示。在该分离器35中，所述浆液被分离为含水汁液(如图中箭头36所示)和糊状物(如图中箭头37所示)。所述糊状物呈粘稠状并最终从分离器35中被移走作进一步地处理，如图所示到达箭头37指示的方框38。典型地应用来自牧场的草作为起始原料以用于解释本发明，但是也可以使用其他起始原料，移走的糊状物38被用作稠浆状粗湿纤维起始原料，由于其含有细长的纤维可用来制造高强度的纤维产品。象上面提到的，这种产品是生物相容的及可以被做成相当大的形状，所以它们可用于园艺、建筑物及类似用途，例如垫子、无纺布、板、模型部件和挤压部件。
任选地，其他有机产品也可以从除去的糊状物38中分离出来，例如通过对粗湿纤维起始原料进行发酵和/或酶降解。
如图中箭头36所示从分离器35排出的含水汁液在节点39被分为两个不相等的部分，其中主要部分如箭头40所示，次要部分如箭头41所示。在连续操作中，在单位时间内，含水汁液的主要部分(箭头40)相对于含水汁液的次要部分(箭头41)的重量百分比的选择应使得下面所述两种水分大约保持平衡(以重量计)其一是在所述次要部分(箭头41)的含水汁液和移走的糊状物(箭头37)中包含的水分，及另一是作为起始原料和将被处理的植物生物质所含水分的形式。
从分离器35排出的含水汁液的主要部分再循环(箭头40)至调整容器25的混合区26。顺便说一下，如果在所述处理过程中需要某种温度控制，那么控制循环的含水汁液的温度是可能的。
从分离器35排出的含水汁液的次要部分用于后续步骤(箭头41)，下面将会描述其中一个实施例。
在说明书中为了举例说明本发明典型地使用来自牧场的草作为提供的起始原料，但是也可以使用许多其他的起始原料，以得到期望的高强度切割和粉碎作用，从所述生物质物料中制造出所需要的细长纤维，以重量计(每单位时间)，所述含水汁液的主要部分相对于其次要部分的比例优选为大于约4∶1，即所述含水汁液的主要部分(箭头40)的流速将大于其次要部分(箭头41)的流速的4倍。
在说明书中为了举例说明本发明典型地使用来自牧场的草作为提供的起始原料，但是也可以使用许多其他的起始原料，所述粉碎机33优选以如下方式建造和操作其最后粉碎段具有一个有效的切割隙，其宽度(参见
图1中的x)被调整到大于约1毫米。
从分离器35排出的含水汁液的次要部分的应用例如可在方框42所示的处理设备中进行，如箭头41所示将其引向42，还包含其他操作如加热、pH调整、沉淀等以沉淀出其中的有机产物，例如蛋白质产物。处理后的有机物然后如箭头43所示被送到一个分离器，如澄清器、过滤器、离心分离机等，它们被描述在方框44中，从而从残余流体中沉淀出有机产物。
分离出的有机产物然后被移走以进行后续处理，如箭头45所示。所移走的有机产物一般被记载于在方框46中，最后对其进行操作，如通过加热进行干燥，接下来分离有机产物和回收热量。
另外，所述残液仍然含有部分溶解的有机产物。然后所述残余流体如箭头47所示被送到方框48所示的无氧发酵桶，如在传统的废水设备中，通过发酵作用产生生物气，该生物气如箭头49所示被移走，澄清的水如箭头51所示被移走。移走的生物气一般显示在方框50中，并可用来产生燃烧热，然后该热量循环至所述处理设备，如用于循环含水汁液的温控(箭头40)和/或干燥已分离的有机产物(方框46)和/或干燥移走的糊状物38和/或由其制造的纤维产物。移走的澄清水一般显示在方框52中，它可以排放和/或再循环到有用的处理设备。
另一方面，前面讨论的有关有机物分离的一些例子包括酶降解及酶降解产物的副产物。
下面将用实施例说明本发明的方法步骤和由本发明的方法得到的结果，其中粗纤维根据the Weender方法得到，即在下面指示的数量不包括半纤维素。
所述起始物料在约2.5小时之内被送到处理设备，在该时间段内约100立方米含水汁液(所述含水汁液的主流部分)被输送和再循环至调整容器，及约6.2立方米含水汁液(所述含水汁液的次流部分)被直接送到后续处理设备，在这里含水汁液的主流部分与次流部分的比率约16∶1(重量)。澄清水的输出量约为5.7立方米。在所述粉碎机中有效切割隙的宽度约为2毫米及通过有效切割隙的含水汁液流的平均流速经过计算约为7-10m/s。
回收的产品组分如下·经过分离和压榨后得到888千克纤维产品，其包含42％干物质，所述干物质包含17.9％粗蛋白质和31.4％粗纤维。干燥该纤维产品需要约1230MJ的热量。
·575千克干物质含量为32％的湿蛋白质产品，所述干物质含38.3％粗蛋白质和6.4％粗纤维。干燥该纤维产品需要约2060MJ的热量。
·约6000千克液体，其中含约5500千克水、370千克溶于水的有机物和72千克其他物质。处理该液体能制造185立方米生物气，该生物气能产生至少约450kWh的电能和约2250MJ的热能，所述热能可再循环使用以干燥上面提到的产品。
从上面的结果显然可以看出在该实施例中当前循环含水汁液的重量约为所处理植物生物质干重的100倍。
所述纤维产品包含的纤维平均长度为5-30毫米及平均直径小于0.1毫米，这样的纤维产品具有良好的粘结性能。只需对所述纤维产品(约达8×105N/m2)进行冷加工而勿需添加任何粘结剂便可制得不同厚度和密度(干燥后达600kg/m3)的板。这种板(最终经进一步处理)适宜于应用，如建筑(绝热和隔音材料、用于放置小动物如兔子的地板材料)和园艺(用于供植物生长、给植物浇水、施肥的底物材料)。所述纤维产品还可用于其他场合，例如用于制造可生物降解的合成材料、垫子、模压部件、植物盒、及用于制造饲料(尤其是马和兔子的饲料)所述蛋白质产品含约35-40％的粗蛋白质，其性质使得其适宜于作为猪、家禽和其他动物的饲料。另外，对所述蛋白质产品经过深加工还能分离和浓缩有价值的有机物如叶绿素、亚油酸和果聚糖等。实施例2用类似于实施例1描述的方法处理一批3314千克未切割的含18.5％干物料成熟牧草(后切割)。处理温度为60℃，有效切割隙为2毫米。
在约1.5小时内对总液流量约为88立方米(所述含水汁液的主流部分)的起始物料进行处理。总量约2.1立方米的含水汁液直接被送到后续步骤，所述含水汁液的主要部分与次要部分的比率约为42∶1。通过所述有效切割隙的含水汁液的平均流速经过计算约为8-11m/s。
回收的产品组成(没有蛋白质的分离)如下·1167千克干物质含量为33％的纤维产品。
·2.1m3包含135千克化学需氧量(COD)的含水汁液，所述含量的化学需氧量可以转化为约70立方米的生物气。
对所述纤维进行洗涤可以减少它们的氮含量至小于0.7％(重量)并大量地增加化学需氧量以用于生物气的制造。循环汁液的重量是所处理的植物生物质重量的153倍。
然后，所述起始物料在约16分钟之内被送到处理设备，在该时间段内约13.2立方米含水汁液(所述含水汁液的主流部分)被输送和再循环至调整容器，及约0.46立方米含水汁液(所述含水汁液的次流部分)送到后续处理设备，在这里含水汁液的主流部分与次流部分的比率约28.7∶1(重量)。在所述粉碎机中有效切割隙的宽度约为2毫米及通过有效切割隙的含水汁液流的平均流速经过计算约为8-11m/s。
回收的产品组分如下·536千克干物质含量为28％的纤维产品，所述干物质包含11.5％粗蛋白质和20.7％粗纤维。
·59千克干物质含量为35％的湿蛋白质产品，所述干物质含62.0％粗蛋白质和4.4％粗纤维。
·约1800千克液体，其中含约56千克溶于水的有机物和灰。
从上面的结果显然可以看出在该实施例中当前循环含水汁液的重量约为所处理植物生物质干重的50倍。
所述纤维产品包含的纤维平均长度为3-6毫米及平均直径为0.5毫米。该纤维产品适宜于以下应用，如作为泥煤的替代物，或用于燃烧。
所述蛋白质产品含约66％的粗蛋白质，其性质使得其适宜于作为饲料或供人食用(经过深加工)。另外，它又可作为产品如可生物降解塑料的填充剂。
上面的实施例帮助理解本发明上面所描述的方法。然而，应该理解到所述起始原料的组成和湿含量及制得产品的组成、产量和湿含量可以经历大的变化，部分归因于操作条件的变化，如在分离步骤中进料的温度或用于给纤维产品脱水的条件。
当把干固体含量(重量)约1％(基于实施例1所示的新鲜三叶草和草(早切割的)的混合物或如实施例2所示的新鲜的切割过的成熟牧草(后切割的))的浆料输送到所述切割设备时，所得到的纤维产品包含平均长度约10-40毫米及平均直径小于约0.1毫米的纤维，产生的纤维产品具有如实施例1和2所示的优良的粘结性能。
附图标记的说明x 有效切割隙的宽度1 旋转粉碎机2 粉碎段3 定子部件4 转子部件5 定子部件3的操作表面6 转子部件4的操作表面7 段1的操作隙8 定子3的操作面5的切割部件9 转子4的操作面6的切割部件10 切割部件8的切割缘11 切割部件9的切割缘21 提供的起始原料22 起始原料的输入23 切割机
24 预切割原料的输入25 调整容器26 调整容器的混合区27 混合区的搅拌设备28 调整容器的沉淀区29 含水汁液的输入30 含水汁液31 杂质的排放和处理32 来自混合区的混合物的输入33 粉碎机34 来自粉碎机的浆料的输入35 分离器36 来自分离器的含水汁液37 来自分离器的糊状物38 移走的糊状物39 节点40 主流部分41 次流部分42 含水汁液处理设备43 已处理含水汁液的输入44 分离器45 有机产物的给入46 移走的有机产物47 残液的输入48 无氧发酵桶49 生物气的输送50 移走的生物气51 澄清水的输送52 移走的澄清水
权利要求
1.一种将植物生物质连续分离为由基本上含水汁液组成的液体相和稠浆状含固体相的方法，液体相和固体相都可被进一步地使用，其中所提供的植物生物质处于自然湿润状态并与所述含水汁液的循环液相混合而形成悬浮液，其中在含水汁液中的植物生物质流动悬浮物被处理以制备纤维，其特征在于所述处理包括在流动悬浮物内部制造一定的流速梯度，该流速梯度足以作用于所述植物生物质的细胞，打开所述细胞并将其中所含物质释放到含水汁液内，而主要由纤维组成的残留物被留下来并最终成为含固体相。
2.如权利要求1的方法，包括以下步骤提供一个具有混合区(26)的调整容器(25)，所述混合区装配了搅拌设备(27)；输入(24)植物生物质(21)至调整容器的混合区(26)；输入(29)由该方法后续步骤循环(40)的含水汁液(30)至所述调整容器的混合区(26)；在所述调整容器(25)的混合区(26)搅拌(27)其中的植物生物质和含水汁液以制备它们的混合物；提供一个处理设备(33)，其中处理在含水汁液中的植物生物质流动悬浮物以制备纤维；将来自调整容器(25)混合区(26)的混合物输送(32)至处理设备(33)，同时操作后者，从而将制备已处理的植物生物质物料悬浮于含水汁液中的浆料；将来自处理设备(33)的浆料输送(34)至分离器(35)以把所述浆料分离成含水汁液和糊状物；从所述分离器(35)移走糊状物(37)以深加工移走的糊状物；从所述分离器(35)移走含水汁液(36)；将移走的含水汁液(39)分为主要部分(40)和次要部分(41)；循环(29)主要部分(40)的含水汁液(30)至调整容器(25)的混合区(26)；及提供用于处理次要部分(41)含水汁液的部件(42-52)；其特征在于被移走含水汁液(36)的主要部分(40)相对于其次要部分(41)的重量百分比的选择应使得下面所述两种水分大约保持重量平衡其一是在所述次要部分(41)的含水汁液和移走的糊状物(37-28)中包含的水分，及另一是作为起始原料(21)的植物生物质所含水分。
3.如权利要求2的方法，其中所述处理设备是具有至少一个粉碎段(2)的旋转粉碎机(1)，所述粉碎段2包括相连的定子部件(3)和转子部件(4)，它们具有各自的操作表面(5-6)，表面(5-6)被粉碎段2的一个相联操作隙(7)间隔开，操作面(5-6)通过相联操作隙(7)面对面设置，所述操作面(5-6)的每个都装配了各自的切割部件(8-9)，部件(8-9)导入相联操作隙7并止于各自的切割缘(10-11)，当所述旋转粉碎机(1)被操作时，一个粉碎段(2)有效切割隙可以被定义为在所述粉碎段(2)的相联操作隙(7)中两个操作面(5-6)各自切割缘(10-11)之间通道的最小距离，其特征在于所述粉碎机的最后粉碎段(2)有一个有效切割隙(7)，其宽度10倍于所产生并最终为含固体相的预定最大纤维厚度。
4.如权利要求2的方法，其中所述处理设备是一个具有至少一个切割段的切割设备，所述切割段由相连的转子和定子部件组成并具有被所述段的相连有效切割隙间隔开的切割面，所述切割面通过相连有效切割隙面对面设置，其特征在于所述切割设备的最后切割段有一个有效切割隙，其宽度10倍于所产生并最终为含固体相的预定最大纤维厚度。
5.如权利要求3和4任何一项所述的方法，其中在所述处理设备的任何阶段所述有效切割隙的宽度大于约1毫米。
6.如权利要求2的方法，其中调整容器(25)被装配了一个位于所述混合区(26)之下的沉淀区(28)，同时所述起始原料(24)和含水汁液(29)的混合物被搅拌，任何密度大于将进入(24)调整容器(25)的植物生物质的杂质与起始生物质物料(21)一起进入调整容器，在这里它们将通过重力从所述搅拌的混合物中分离出来，并从调整容器(27)的混合区(26)降到调整容器(25)的沉淀区(28)，在这里被收集起来，接下来被处理(31)。
7.如权利要求2的方法，其中所述含水汁液的主要部分(40)与次要(41)部分的比率约大于4∶1。
8.如权利要求1-7中任何一项所述的方法，其中所提供(22)的植物生物质(21)在被送往(24)调整容器(25)的混合区(26)之前被预切割(23)以减小尺寸。
9.如权利要求1-8中任何一项所述的方法，其中移走的糊状物(38)被用于制造纤维产品及任选地分离其他有机产物。
10.如权利要求1-8中任何一项所述的方法，其中所述含水汁液的次要部分(41)被用于(42-43)提取有机产物(44-46)。
11.如权利要求1-8中任何一项所述的方法，其中所述次要部分(41)的含水汁液被用于(42-43、47)有机产物的发酵(48)，并得到用于提供燃烧热的副产物生物气(49-50)。
12.如权利要求11的方法，其中所述燃烧热被用于干燥所制得的纤维产品(38)和/或提取的有机产物(46)。
13.如权利要求9-11中任何一项所述的方法，其中有机产物(45-46)的分离步骤包括发酵或酶降解及产生发酵或酶降解副产物。
全文摘要
本发明中，湿植物生物质(21)被送(22、24)至调整容器(25)中装配了搅拌设备(27)的混合区(26)。由后续步骤(39)循环(40)的含水汁液(30)被输送(29)至混合区(26)。该混合物被输送(32)至处理设备(33)，在这里的操作包括在流动悬浮液内部产生一定流速梯度，该流速梯度打开植物生物质的细胞并将所含物质释放到含水汁液中。制备的浆料(34)被送至分离器(35)以分离为含水汁液(36)和糊状物(37)。所述糊状物被移走(38)。所述含水汁液被分离(39)为主要部分(40)和次要部分(41)，其比例使得进入该系统的水和离开该系统的水保持平衡，所述主要部分(40)再循环至混合区(26)及次要部分(41)被移走。优选地，其比例大于约4∶1。优选地，所述处理设备(33)具有一个有效切割隙，其宽度大于1毫米。
文档编号C05F5/00GK1409604SQ00817007
公开日2003年4月9日 申请日期2000年12月13日 优先权日1999年12月20日
发明者格雷姆·汉森, 斯蒂芬·格拉斯 申请人:2B公开股份有限公司