用于从生物质材料制备生物产品的设备和方法

用于从生物质材料制备生物产品的设备和方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于从生物质材料制备生物产品的设备，包括进给设备和反应器，进给设备用于将液体中所包含的生物质材料供应至所述反应器中，并包括：外壳；容器，容纳在外壳中，容器包括将生物质材料引入到容器中的物料进口和被连接以将生物质材料供应到所述反应器中的物料出口；增压装置，用于提供外壳内部的压力，并用于对生物质材料增压，使得生物质材料在容器内时被增压；输送装置，用于将生物质材料从物料进口输送到物料出口，以将生物质材料供应到反应器中；位于容器内部的用于对待供应到反应器中的生物质材料脱水的装置；液体出口，用于将液体排出到所述容器外。该设备安全地避免了处理后的物料的反闪和逆流，同时实现了连续的进给。
【专利说明】用于从生物质材料制备生物产品的设备和方法
[0001] 本申请是于2011年07月08日进入中国国家阶段的国际申请号为PCT/ DK2010/050003的申请日为2010年01月12日、申请号为201080004126. 6、发明名称为"用 于向过程反应器进给物质的方法和设备"的专利申请的分案申请，其全部内容结合于此作 为参考。

【技术领域】
[0002] 本发明尤其涉及用于进给（in-feeding)生物质和对生物质进行脱水的工艺和设 备，以控制生物质中的含水量，之后脱水的生物质被引入过程反应器以便进行热处理然后 发酵。虽然本发明的说明书集中研究的是生物质，但是可设想本发明通常应用于控制含水 量，方式是将进给和脱水工艺运用到浆液或浆料形式的物料中，该浆液或浆料包含液体和 固体物质的混合物，所述物料通常是液体中的悬浮物并具有浸泡液（soaked liquid)。

【背景技术】
[0003] 在由植物生物质衍生而来的燃料中，乙醇作为石油衍生产品的潜在的替代物或补 充物受到了特别的关注。从生物质中制备乙醇通常是通过富含糖或淀粉的原始生物材料 (如谷物、甘蔗或玉米）的发酵过程实现的，也被称为第一代生物乙醇。
[0004] 为了使生产成本减到最低，并提高从生物质制备生物乙醇的潜力，至关重要的是 利用来源于园艺、农业、林业、木材业等的廉价副产品形式的木质纤维素生物质；因此例如 是利用诸如稻草、玉米杆、林地废弃物、锯屑和木屑的物料。由这类生物质制备的乙醇也被 称为第二代生物乙醇。
[0005] 木质纤维素生物质包含有半纤维素和纤维素形式的糖聚合物。在那些糖会发酵成 乙醇之前，糖聚合物必须先分解成其糖单体。分解聚合物的常用方法是利用酶水解。为了 提高生物质对酶的可用性，木质纤维素生物质通常经历热/化学预处理。
[0006] 在热化学的方法处理之后，通常需要这样的过程，即将生物物质的温度升高至比 含有生物物质的液体的沸点高的温度。因此，技术人员经常面临的问题是对含有生物物质 的浆液或浆料增压，以便能够将温度升高至高于液体的沸点的温度，同时保持流体处于液 态。
[0007] 这种过程通常在容器（诸如反应器腔室）中进行，在许多实际的实例中，容器中的 温度和压力相对于大气条件升高，而原始生物材料是在大气条件下贮存于存贮器中并从存 贮器中取出。这易于造成与之有关的安全风险和其它问题，因为反应器中升高的压力将会 推动物料在设备中逆流，并且在一些情况下，可能会发生从反应器排出的非常热的蒸汽、氨 水或者一般化学品以及其它气体混合物的所谓反闪（back flash)以及在生物乙醇制备系 统中的逆流。这种反闪可能导致例如系统的故障和破坏，而且在一些情况下会给操作系统 的人带来危险。因此存在允许生物材料进给到反应器中的同时防止发生反闪的问题。
[0008] 在另一方面，一个有效的制备系统可能要求反应器中的过程连续不断地进行，并 且在这些方面，存在关于进给需要是连续的另一问题。
[0009] 已经提出解决这个问题的一些建议。例如，美国专利4, 270, 976建议使用料塞螺 旋进料器将浆料向反应器输送。该螺旋进料器构造成在朝向反应器的入口输送浆料的过程 中对浆料脱水和压缩，目的是为了产生意在形成反应器的密封的"生物料塞（bio plug)"。 已证明这一方法没有补救所述问题，并且迫切需要控制所引入的生物质的含水量、种类、粉 碎情况、数量、颗粒尺寸和分布以及进给速率的组合以获得所述料塞。自然地，原材料的组 成在广泛的界限内变化，所以最终结果是安全问题没有得到解决，并且由于所形成的料塞 不能总是提供紧密的密封，所以该方法不是很有效。
[0010] 为了提高生物料塞方法的可行性，已经采用了不同的水力措施。例如在W00007806 中，这种水力措施包括使螺旋进料器往复运动来实现生物料塞的进一步压缩，或者包括位 于螺旋进料器的末端的阀门，该阀门可以封闭反应器的入口。
[0011] EP1775376公开了一种将木屑制成木纤维的设备，方式是通过捣固螺丝（tamping screw)供应木屑，包括测量离开螺丝的木屑料塞的导电性、以及将结果作为控制参数来控 制木屑和/或纤维的顺流处理。
[0012] DE29 41 504A1公开了一种通过在蒸汽环境中纤维分离碎屑材料而由含木质纤维 素材料的碎屑制造化学纤维材料的方法。该方法包括几个步骤，其中借助于螺杆传送器将 材料压缩成前滑移（forward-sliding)且不透蒸汽的楽料。
[0013] W083/02788A1公开了 一种用于由含纤维的原材料制备纤维楽料的方法和设备，从 而该材料在预加热器中借助于蒸汽经历预热，之后在提高的蒸汽或气体压力下在研磨盘之 间研磨成纤维浆料，所述研磨盘在研磨装置中相对于彼此旋转，所述纤维浆料借助于蒸汽 或气体被从装置壳体推进到分离装置中。材料不仅被传送到预加热器，而且经由螺杆传送 器从预加热器传送到研磨装置，以形成材料的不透蒸汽的浆料。
[0014] DE10 45 221B公开了一种用于形成和研磨纤维素材料的抗压料塞的方法和设备。 所述料塞借助于螺杆传送器形成。
[0015] 因此，至今还没有有效地克服从反应器到系统的反闪问题，因此本发明寻找至少 减少与此有关的一些问题。
[0016] 因此，一种改进的进给设备将具有优势，该设备安全地避免了处理后的物料的反 闪和逆流，同时实现了连续的进给。


【发明内容】

[0017] 因此，本发明优选地寻求单独或以组合方式来减少、缓和或消除一个或多个上述 缺点。特别地，提供一种具有在脱水后的生物质被引入到过程反应器中之前对生物质进行 进给和脱水的功能的设备可视为本发明的一个目的。在该设备中，这些过程（例如进给和 脱水）在一高于或等于反应器内部压力的压力下进行。
[0018] 本发明的进一步目的是通过提供一种以连续方式进行进给的进给设备而提供对 现有技术的有利替代。
[0019] 本发明涉及一种设备，该设备可以是工厂中用于制备生物乙醇的预处理系统的一 部分。该设备具有对生物质进行进给和脱水的功能，从而在脱水后的生物质被引入到过程 反应器（如气化反应器）中之前控制生物质中的含水量。进给和脱水工艺在一高于或等于 反应器内部压力的压力下进行，因此解决了反闪问题，并且提供了现有技术中所涉及的"生 物料塞"的替代。
[0020] 将进给设备内部的压力维持在一高于或等于反应器内部压力的压力下具有如下 优点：产生由压力差引起的反应器的流体紧密密封、避免任何反闪以及物料逆流到生物乙 醇制备系统中。与现有技术中所涉及的"生物料塞"系统相比，主要差异是本发明提供一种 简单的安全系统，该系统在物理上防止了蒸汽的反闪。
[0021] 进给设备的增压的另外一个优点是通过例如不再需要闸门系统而促进连续供料。
[0022] 该设备的甚至另外一个优点是进给的生物质可为反应器提供一个热屏障，例如一 个沼气厂的热预处理。
[0023] 该设备可通过一预处理系统接收预先缩减为浆料或浆液的生物质，该预处理系统 包括用于粉碎、浸泡生物质（即产生浆料）的装置。粉碎用在本文是指缩减成小片或颗粒 的过程。浆料用在本文是指物料纤维和流体（通常是水）的混合物。浆液用在本文是指通 常在水中不溶颗粒的悬浮液。
[0024] 虽然本发明的说明书集中在生物质上，但是可设想本发明通常应用于控制含水 量，方式是将进给和脱水工艺运用到浆液或浆料形式的物料中，该浆液或浆料包含液体和 固体物质的混合物，所述物料通常是液体中的悬浮物并具有浸泡液。
[0025] 在第一方面，实现本发明的以上目的和其它目的的方式是，提供一种用于将液体 中所包含的物料供应到反应器中的进给设备，所述进给设备包括：i)容器，其包括将所述 物料引入到容器中的物料进口和将所述物料供应到反应器中的物料出口；ii)增压装置， 用于对物料增压，使得所述物料位于容器内时被增压；iii)输送装置，用于将物料从物料 进口输送到物料出口，以将所述物料供应到反应器中；iv)至少一个液体出口，用于将液体 排出容器，其中，增压装置打算或适于在容器内提供一高于或至少等于反应器内部压力的 压力。
[0026] 进给在本文定义为将物料供应给机器以进一步加工的动作或过程，主要包括物料 的输送以及物料的部分加工，例如减少其液体含量。物料的输送可通过主动或被动输送装 置来进行。
[0027] 在一些实施方式中，物料的输送可通过被动输送装置来进行，使得由容器的负倾 斜来提供输送。在这种情况下，根据本发明的设备相对于物料进口和物料出口之间的物料 流向而以一定的负倾斜角度定位。负倾斜有利于物料凭借重力从物料进口向物料出口流 动。
[0028] 在另一实施方式中，物料的输送可通过主动输送装置（如传送螺杆）来进行。
[0029] 传送螺杆可由变速发机提供动力，并且传送螺杆通过沿其轴线的旋转运动而提供 物料向物料出口的有力输送。
[0030] 在一些实施方式中，根据本发明的一些实施方式的进给设备的输送装置适于提供 以恒定速率输送所述物料。
[0031] 在另一实施方式中，根据其发明的进给设备的输送装置是或者包括螺杆泵 (progressive cavity pump)。螺杆泵的使用可为设备提供优势，因为对供应物料的预热可 在将浸泡水从物料中挤出之后在进给设备中进行。由于进给设备可处于高于大气压力的压 力下，所以可使用过热水（即加热到比其沸点高的温度（例如140°C)的水）来实现这种预 热。过热水可利用将会浪费的热量来产生，例如采用生物乙醇生产车间下游的放热水解过 程产生的热量。
[0032] 在根据本发明的一些优选实施方式中，输送装置是或者包括脱水装置，如螺杆挤 出机。
[0033] 在这种情况下，物料的输送和脱水例如由螺杆挤出机同时进行。螺杆挤出机的运 转减少了物料的液体含量，同时将物料向物料出口输送。
[0034] 在另一实施方式中，输送和脱水是分开的，分别由两种不同的装置进行，例如分别 是在物料进口之后将液体从物料中压缩和挤出的螺杆挤出机和将脱水后物料向物料出口 输送的传送螺杆。
[0035] 在其他实施方式中，根据发明的第一个方面的进给设备还包括位于所述容器内部 的用于对待供应到所述反应器中的物料进行脱水的装置。
[0036] 如上所述，输入物料的脱水可与其输送同时进行或分别进行。用于脱水的装置是 或者包括例如旋转蜗杆传送器。旋转蜗杆传送器将待脱水的物料压缩到容器的一个区域 中，在该区域排出被压出来的液体。
[0037] 在另一实施方式中，用于脱水的装置是或者包括往复活塞。在这个实施方式中，活 塞的运动是与通过物料进口的物料的输入是同步的。在输入之后，活塞的往复运动压缩物 料，将水压出，为接下来引入的物料留出空间。
[0038] 在另一实施方式中，用于脱水的装置是或者包括脉冲压缩螺杆。在由螺杆引起的 压缩期间，脉冲运动的结合对物料提供更有效的脱水，这利用了一个不太难的压缩之后再 进行一个难的压缩时获得的效果。
[0039] 在其它实施方式中，脱水可通过滤带式传送器进行，其中，带的两个相对侧之间的 压力差允许物料的留在带上的固体内容物和物料中所含有的且在过滤器的另一侧上收集 的液体之间的分离。
[0040] 脱水的另一实例还可以是旋转分离器，例如，离心机。
[0041] 通常，脱水装置降低了溶剂含量，例如所述物料的含水量降到60% (wt% )，更优 选地降到40 %，甚至更优选地降到10 %。
[0042] 用在本文的含水量是以重量百分比定义的，或简单写成wt%，是水的重量相对物 料的重量，即，Wt/wt%。例如60%含水量意味着物料的60%是水，另外40%是干物质。
[0043] 在其它实施方式中，脱水装置降低了溶剂含量，例如将物料的含水量降到90% (wt% )，更优选地降到85%，甚至更优选地降到80%。更高的水分含量在特殊应用方面可 能是有利的，例如对于气化反应器的进料。
[0044] 在一个实施方式中，所述脱水装置的操作将溶剂含量（例如所述物料的含水量） 降到75%。
[0045] 该设备还可以对于干固体含量在0到100 %之间的物料运转。
[0046] 干物质可能是溶解的或不溶解的，即溶剂中的悬浮物，例如悬浮在油中的纤维。
[0047] 在进一步的实施方式中，根据发明的进给设备可优选地包括多个穿孔和通道装 置，其中所述穿孔沿着所述容器的内壁，而所述通道装置将所述穿孔连接至液体的所述出 口。这些穿孔可具有不同的形状和大小，并形成一个物料不能透过的格栅，该格栅允许水扩 散到外部而物料保留在容器内部。
[0048] 在一些实施方式中，根据发明的进给设备可优选地包括再循环回路，使得通过液 体的所述出口排出的液体在物料的进给预处理时再利用。
[0049] 生物燃料的制备中产生的所有流体的再循环与再利用十分重要，以便使生物乙醇 的量最大化和工艺用水的处理最小化。再循环回路的存在允许排出液体（如水）再进入工 艺，因为排出液体可以作为物料进入进给设备之前首次处理时的浸泡水。
[0050] 在其它实施方式中，根据发明的进给设备还包括用于维持排出液体的压力高于大 气压力的装置。
[0051] 高压排出液体的优点是在再进入到生产过程之前可用来液体的提纯。例如，高压 可用作利用膜（例如超滤膜或反渗透膜）将溶质从溶液中分离出来的驱动力，所述膜将溶 质留在一侧，而允许纯液体通过到达另一侧，使液体足够纯以在生产过程中再利用。
[0052] 在其它实施方式中，根据发明的进给设备还包括过滤装置，该过滤装置用于例如 在排出液体进入再循环回路之前减少排出液体中的不希望的内容物。
[0053] 过滤装置在本文定义为有效过滤装置，分别由压力驱动（例如，反渗透膜）、由重 力驱动（例如，具有不同网孔尺寸的滤网）或化学诱导（例如离子交换树脂）。
[0054] 不希望的内容物在本文定义为一类物质或元素，如金属离子，像Na+或K+，这些可 能会抑制物料的进一步处理，如水解或发酵。
[0055] 因此，在进入再循环回路之前减少排出液体中不希望的内容物具有通过提高处理 效率而使生物乙醇产量最大化的优点。
[0056] 在更进一步的实施方式中，根据第一方面的进给设备还包括用于将液体引入到容 器中的至少一个液体进口。这样的液体进口的存在允许很好地控制被引入到设备中的物料 的液体含量。例如，在由于所引入物料的独特性质而发生过量脱水的情况下，可以设想规律 地引入液体（如新鲜水）。这一特征也允许引入冲洗/洗涤液体，以用于洗涤物料中的不希 望的内容物，或者用于在维修操作时冲洗系统。例如，不希望的内容物可能是盐、硅酸盐或 可能存在于生物质中的其它矿物质。这些内容物可能引起系统内反应器的腐蚀，以及可能 形成沉淀或沿着系统阻塞过滤器或蒸馏塔。引入冲洗/洗涤液体的优点是：在从系统中除 去大部分浸泡水之后，允许对物料（如生物质）进行冲洗/洗涤操作，从而从生物质中除去 所有不希望的内容物。洗涤操作的存在在设备的特殊应用方面（如洗涤待供应到燃烧发电 厂的稻草）可能是有利的。
[0057] 在一个实施方式中，根据发明的进给设备还包括监测装置，该监测装置用于监测 待供应到反应器中的物料的湿度。
[0058] 监测装置例如是位于容器内部的电子湿度传感器，该电子湿度传感器一旦与物料 接触就提供关于物料中含水量的信息。
[0059] 在另一个实施方式中，根据发明的进给设备还包括自动化装置，该自动化装置用 于对所述监测装置的输出做出响应，以便控制通过所述液体进口进入的液体的量和通过所 述液体出口排出的液体的量。
[0060] 例如，由容器内部的湿度传感器检测到的低湿度条件通过经容器传输数据而触发 响应，这允许通过液体进口引入液体。一旦达到要求的湿度条件并被传感器检测到，就触发 相应的响应并停止引入液体。
[0061] 在根据发明的另一实施方式中，增压装置是或者包括至少一台泵。
[0062] 容器内部的压力可由一台或多台泵提供。例如，压力可由泵（例如活塞泵或离心 泵）提供，所述泵驱使物料从物料进口进入容器，这里称为物料进口泵。
[0063] 容器内部的压力也可由单独的气体压力装置提供，例如，用于提供大气压力的空 气压缩机。
[0064] 为容器提供一高于反应器内部压力的压力，还具有为反应器提供下游且更有效的 热隔离的优点。
[0065] 在其他实施方式中，根据发明的进给设备包括所述进给设备的外壳。
[0066] 这个外壳在避免任何反闪和物料逆流至生物乙醇制备系统方面可提供额外的保 障。
[0067] 在其他实施方式中，增压装置是或者包括至少一台泵，所述泵在所述外壳内部提 供一高于或至少等于反应器内部压力的压力。
[0068] 反应器和进给设备之间的压力差也由一台泵维持，如空气压缩机，其保持进给设 备的外壳的压力高于或至少等于反应器内部压力，从而提供反应器的流体紧密密封。
[0069] 在一些实施方式中，增压装置是或者包括至少一台泵，所述泵在所述容器内提供 一高于或至少等于反应器内部压力的压力。
[0070] 容器内部压力可由物料进口泵和/或一台或多台二级泵提供。
[0071] 在进一步的实施方式中，增压装置包括提供所述容器内部的压力高于或至少等于 反应器内部压力的至少一台泵以及提供所述外壳内部的压力高于或至少等于反应器内部 压力的至少一台泵。进给设备和反应器之间的主要压力差可由提供容器内部的压力的增压 装置提供，而保持外壳的压力高于或等于反应器内部压力可在避免反闪方面提供辅助的保 证。
[0072] 在进一步的实施方式中，进给设备的物料进口包括阀门，如止回阀。
[0073] 阀门的存在允许控制设备内部的压力。设备内部的生物质的增压也可通过形成例 如生物料塞而部分地由脱水装置提供。因此，脱水过程可有助于待供应到反应器中的生物 质的增压。
[0074] 在一些实施方式中，根据发明的进给设备包括用于向脱水后的物料中添加化学剂 的装置。
[0075] 在其它实施方式中，根据本发明的进给设备进一步包括用于添加化学剂的装置， 使得这种添加对物料的酸度提供变化。
[0076] 在第二方面，实现本发明的以上目的和其它目的的方式是，提供一种从生物质制 备生物产品的系统，该系统包括：i)预处理子系统，用于收集、输送、缩减为浆料、粉碎和供 应物料到进给设备；ii)根据前面权利要求中任一项的所述进给设备；iii)反应器，用于改 变所述物料的化学和/或物理结构。
[0077] 根据本发明第二方面的一个实施方式是用于制备生物乙醇的系统。
[0078] 在第三方面，通过一种用于减少待供应到反应器中的物料的含水量的方法来实现 本发明的以上目的和其它目的，所述方法利用根据前面权利要求中任一项的进给设备。
[0079] 在第四方面，通过一种向反应器中连续供应物料的方法来实现本发明的上述目的 和其它目的，所述方法利用根据前面权利要求中任一项的进给设备。
[0080] 本发明的第一、第二、第三和第四方面均可以与任一其他方面相互组合。本发明的 这些方面和其它方面将参考下文描述的实施方式显而易见并进行阐述。
[0081] 在本文中，以技术人员常见的方式使用大量术语。然而，为了详细说明一些术语中 所包含的特征，下面给出一些术语的一般定义。

【专利附图】

【附图说明】
[0082] 现在参照附图更详细地描述根据本发明的用于向过程反应器进给物质的方法和 设备。附图示出了实施本发明的一种方式，但不应被解释为限制落在所附权利要求范围内 的其它可能的实施方式。
[0083] 图1示出生物质预处理系统的方块图，该生物质预处理系统包括预处理子系统和 向过程反应器进给的子系统，根据本发明，示出的是该进给的子系统具有增压、脱水和进料 的功能。
[0084] 图2示出生物质预处理系统的示意图，根据本发明，该系统包括用于向过程反应 器进给物质的设备。
[0085] 图3详细示出根据本发明一个实施方式的进给设备的横截面。
[0086] 图4示出根据本发明一个实施方式的各个部件。
[0087] 图5示出根据本发明的一个优选实施方式的横截面视图，其中物料的输送是通过 一个螺杆泵进行的。
[0088] 图6示出根据本发明另一实施方式的进给设备的横截面。
[0089] 图6a示出经过根据图6所示的本发明实施方式的进给设备的浆料的流动情况。

【具体实施方式】
[0090] 图1示出生物质预处理系统100的方块图，该预处理系统具有两个主要的子系统， 即预处理子系统101和向过程反应器进给的子系统102。预处理子系统101包括用于接收 干燥的生物质的装置、所述生物质的浸泡和粉碎装置（即制得浆料）、以及用于输送所述浆 料的泵送装置。根据本发明，进给设备102包括用于维持一高于大气压力的压力的增压装 置、用于减少所述浆料的含水量的脱水装置、以及将所述浆料供应到过程反应器中的输送 装直。
[0091] 在图2中，就各个部件而言，更详尽地公开了生物质预处理系统的示意图，该生物 质预处理系统包括根据本发明的用于向过程反应器进给物质的设备。在预处理子系统101 中，例如通过传送装置201收集和输送生物质，然后将生物质引入到浸泡槽202中。在浸泡 槽中，水和生物质（例如稻草）通过装置（例如涡流机203)混合，并缩减为浆料。切割器 204 (如旋转圆盘）把浆料粉碎，并且泵205 (如活塞泵）将浆料驱动到进给设备102中。进 给设备102包括浆料的进口和脱水区1、用液体稀释/添加/洗涤浆料的洗涤区2、加压区 3、减压和输送区4、以及向过程反应器进给经脱水和洗涤的浆料的进给区5。
[0092] 在进给设备102中，通过管道206引入浆料之后，在脱水区1中通过脱水装置 207 (例如挤压螺杆）进行脱水。从浆料中挤出的浸泡水通过管道208收集，并且可变成水 再循环回路的一部分并通过阀门209和管道210作为浸泡水再利用。脱水装置207对浆料 脱水然后将浆料输送到洗涤区2,在洗涤区，通过管道211引入洗涤液体（如水），并通过阀 门212调节该洗涤液体。在加压区3中，从浆料中进一步挤出的洗涤液体通过管道213收 集。在所述液体是水的情况下，水连同浸泡水一起被收集再利用。浸泡水以及洗涤水在高 压下被排出，在再利用之前可通过过滤装置进一步处理，以减少其固体量或含盐量。在过程 反应器215之前，浆料从加压区3通过输送装置214 (如输送螺杆）经由减压和输送区4输 送到进给区5。
[0093] 在附图所示出的实施方式中，进给设备102的处理压力由增压装置216(例如空气 压缩机）确定，该增压装置向进给设备102的外壳（未示出）施加压力。然而，可省去增压 装置216,而由将浆料输送到进给设备102中的泵205实现增压。
[0094] 由反应器上游的增压装置216或泵205产生的高压的存在，阻碍了从反应器中排 出的非常热的蒸汽、氨水或者一般化学品以及其它气体的反闪和在系统中的逆流。通过调 节进给设备中的压力，可以避免进给设备和反应器之间的压力差，这种压力差一般会引起 所述反闪。
[0095] 图3详细示出根据本发明一个实施方式的进给设备102的横截面。该进给设备包 括容器301，如管壳式容器，该容器包括浆料的进口和脱水区1、用液体稀释/添加/洗涤浆 料的洗涤区2、加压区3、输送区4、以及向过程反应器进给经洗涤和压缩的浆料的进给区5。
[0096] 浆料通过管道302被引入脱水区1，并通过由变速电机304提供动力的螺杆式脱水 装置303脱水。一般而言，螺杆式脱水装置303布置成通常在轴向方向上远离管道302并 朝向洗涤区2输送大量的物料。从浆料中挤出的浸泡水通过管道305排出并提供高压下的 水源，该水源例如在过滤之后可作为第一处理步骤中的浸泡水再利用。由螺杆303携带的 经脱水的浆料可在洗涤区2中用洗涤液体（如清水）清洗。通过控制经管道306添加的清 水可调节浆料的含水量。螺杆式脱水装置303提供浆料和洗涤液体的有效混合。所添加的 水在加压区3中被进一步挤出，并通过穿孔307排出，以便收集再利用。通常浆料进入管道 302时的干物质含量为6%，在加压区3中其干含量可提高至25%到60%。在加压区3之 后，通过减压和输送区4中的传送螺杆308,使经干压的（dry-pressed)浆料减压并疏松成 小的浆料纤维。传送螺杆308由变速电机309提供动力，并将疏松的浆料输送到进料区5 中，浆料在进料区被供应至过程反应器（未示出）。
[0097] 参照图3,可以将液态或气态化学物质（如过氧化氢）可选性地通过管道310引入 减压和输送区或者通过管道311引至进给区。
[0098] 进给设备102的增压可由通过管道302将浆料压至进给设备中的泵（未示出）实 现。增压也可通过管道312由一台或多台二级泵（未示出）提供。整个进给设备102可通 过增压装置增压至一高于或等于反应器内部压力的压力，所述增压装置保持进给设备102 的外壳（未不出）内部的压力。
[0099] 图4示出了根据本发明一个实施方式的各个部件的横截面图，这些部件包括浸泡 槽202、切割器204、活塞泵205、活塞泵205与进给设备102之间的连接管217、以及过程反 应器215。在该实施方式中，进给设备的容器301示出为分成4各区段，这些区段可以等同 于与脱水和洗涤区401、加压区402、减压和输送区403、以及进给区404相对应的区段。参 照图4,作为一个可选实施方式，进给设备包括位于一个单一容器内的所有上述各个区，而 非如图4中所示单独连接的各个容器。
[0100] 图5示出了根据本发明一个优选实施方式的横截面图，其中，物料的输送由螺杆 泵实现。在图5所示的实施方式中，泵送部件包括一个单螺旋转子502和一个双螺旋定子 501。单螺旋转子502可以由金属材料制成，而定子是501可以由弹性聚合物材料（例如弹 性体）制成。由于转子502和定子501的特殊剖面，沿着转子的轴线形成有一条处于静态 或动态条件下的密封线。当转子502在定子501内转动时，空腔504从物料进口 503朝向 物料出口行进，携带着物料经进给设备进入过程反应器。
[0101] 图6示出了根据本发明另一实施方式的进给设备600的横截面，其中，物料的输送 由两个螺杆系统实现。
[0102] 在该实施方式中，壳体609包括浆料的进口 601、脱水浆料的出口 608和用于排出 浆料中脱出的水的出口 602。浆料通过进口 601被引入到装置600中，经过输送，由螺杆604 进行首次脱水。首次脱水主要借助于重力和压力实现。脱水过程中从浆料中脱出的水经过 网状系统603,并通过出口 602排出。正如前面实施方式中所述，排出的水在例如过滤之后 可再利用。一般地说，螺杆604布置成用来通常沿着远离进口 601并朝向脱水区605的轴向 方向输送大量物料，例如浆料，在脱水区，浆料在输送过程中被加压。通过输送元件606的 浆料随后与进给螺杆607相接触，该进给螺杆布置成用来通常沿着与其中一个螺杆604相 反的轴向方向输送大量物料，如浆料。
[0103] 进给螺杆607将经脱水的浆料在反应器进口（未示出）的方向上朝向出口 608输 送。螺杆604和进给螺杆607通过它们的旋转（例如齿轮610)提供对浆料的输送。
[0104] 图6a示出了经过进给设备的浆料的流动情况。浆料沿着箭头611进入设备600， 经由螺杆604沿着箭头612进行输送和脱水而通过脱水/洗涤区613,在该区主要借助于重 力和压力进行脱水。浆料移动到第二脱水区614,在该区主要借助于压力进行脱水。浆料沿 着箭头615通过进给螺杆607供应，然后沿着箭头616朝向设备的出口 608输送。浆料从 出口 608沿着箭头617被供应到反应器。
[0105] 虽然关于各【具体实施方式】描述了本发明，但不应该被本发明解释为以任何方式局 限于所提出的实例。本发明的范围由所附权利要求组来设定。在权利要求书中，术语"包 括"或"包含"不排除其它可能的原件或步骤。并且如"一个"或"一"等含义的提及不应被 解释为排除多个。权利要求中的与附图中所表示的元件有关的附图标记不应该被解释为限 制本发明的范围。此外，不同权利要求中所提及的个体特征可以有利地结合起来，并且不同 权利要求中所提及的这些特征不排除不可能或者没有优势的特征的结合。
【权利要求】
1. 一种用于从生物质材料制备生物产品的设备，所述设备包括进给设备和反应器，所 述进给设备用于将液体中所包含的生物质材料供应至所述反应器中，所述进给设备包括： 外壳； 容器，所述容器容纳在所述外壳中，所述容器包括将所述生物质材料引入到所述容器 中的物料进口和被连接以将所述生物质材料供应到所述反应器中的物料出口； 增压装置，用于提供所述外壳内部的压力，并用于对所述生物质材料增压，使得所述生 物质材料在所述容器内时被增压； 输送装置，用于将所述生物质材料从所述物料进口输送到所述物料出口，以将所述生 物质材料供应到所述反应器中； 位于所述容器内部的用于对待供应到所述反应器中的生物质材料脱水的装置； 液体出口，用于将液体排出到所述容器外。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述增压装置包括提供所述外壳内部的压力高 于或至少等于所述反应器内部压力的至少一台泵。
3. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述增压装置是或者包括提供所述容器内部的 生物质压力高于或至少等于反应器内部压力的至少一台泵。
4. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述增压装置包括提供所述容器内部的压力高 于或至少等于所述反应器内部压力的至少一台泵和提供所述外壳内部的压力高于或至少 等于所述反应器内部压力的至少一台泵。
5. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述外壳内部的压力和所述容器内部的压力都 高于或等于所述反应器内部的压力。
6. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述物料进口包括止回阀。
7. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述用于脱水的装置是或者包括旋转蜗杆传送 器。
8. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述用于脱水的装置是或者包括往复活塞。
9. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述用于脱水的装置是或者包括脉冲压缩螺杆。
10. 根据权利要求1所述的设备，其中所述输送装置是被动输送装置，使得输送由所述 容器的负倾斜提供。
11. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述输送装置是主动输送装置。
12. 根据权利要求10所述的设备，其中，所述输送装置是传送螺杆。
13. 根据权利要求12所述的设备，其中，所述输送装置适于以恒定的速度提供所述生 物质材料的输送。
14. 根据权利要求所述的设备，其中，所述输送装置是或者包括螺杆泵。
15. 根据权利要求所述的设备，其中，所述输送装置包括脱水装置。
16. 根据权利要求所述的设备，还包括沿所述容器的内壁的多个穿孔和将所述穿孔与 所述液体出口连接的通道装置。
17. 根据权利要求1所述的设备，还包括再循环回路，使得通过所述液体出口排出的液 体在生物质材料的预进给处理中再利用。
18. 根据权利要求1所述的设备，还包括用于保持排出液体的压力高于大气压力的装 置。
19. 根据权利要求1所述的设备，还包括用于减少排出液体中的不期望内容物的过滤 装直。
20. 根据权利要求1所述的设备，还包括用于监测待供应到所述反应器中的生物质材 料的湿度的监测装置。
21. 根据权利要求20所述的设备，还包括用于响应于所述监测装置的输出的自动化装 置，以便控制通过所述液体进口输入的液体的量和通过所述液体出口排出的液体的量。
22. 根据权利要求1所述的设备，还包括用于向脱水后的生物质材料中添加化学剂的 装直。
23. -种用于从生物质材料制备生物产品的方法，所述方法包括： i) 在预处理子系统中，用于收集、输送、缩减成浆料、粉碎和将所述生物质材料供应到 进给设备； ii) 将液体中所包含的生物质材料从所述进给设备供应到反应器中，在所述反应器中， 所述生物质材料的化学和/或物理结构发生改变， 所述进给设备包括： 外壳； 容器，所述容器容纳在所述外壳中，并包括将所述生物质材料引入到容器中的物料进 口和将所述生物质材料供应到所述反应器中的物料出口； 增压装置，用于对所述外壳增压，并且对所述生物质材料增压，使得所述生物质材料在 所述容器内时被增压； 输送装置，用于将所述生物质材料从所述物料进口输送到所述物料出口，以将所述生 物质材料供应到所述反应器中； 位于所述容器内部的用于对待供应到所述反应器中的生物质材料脱水的装置； 液体出口，用于将液体排出到所述容器外， 从而，借助于所述增压装置，在所述容器内部提供一高于或至少等于所述反应器内部 压力的压力，在所述外壳内部提供的压力高于或至少等于所述反应器内部的压力。
24. 根据权利要求23所述的方法，其中，所述脱水装置的操作将所述生物质材料的液 体含量的wt %减少到不超过60%。
25. 根据权利要求23所述的方法，其中，从所述生物质材料制备的生物产品为生物乙 醇。
【文档编号】D21C7/06GK104047195SQ201410315507
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2010年1月12日 优先权日:2009年1月13日
【发明者】芬恩·贝尔德林, 德拉甘·卢基克, 特罗尔斯·希尔斯特罗姆 申请人:拜格索有限公司