化学-机械细胞爆破及其制造的产物的工艺、方法和系统与流程

本发明主要涉及化学-机械调节过程。具体地，本发明的实施方式涉及通过化学-机械细胞爆破过程制备固体和液体，以及制备和使用它们的系统和方法。

背景技术：

1、将原材料加工成可用的增值产品是人类不断发展的持续创新领域。例如，木材或其它木质纤维素材料可以加工成可用的增值产品，例如纸张、包装、生物燃料、颗粒等。与所有工艺一样，此类工艺的当前问题是高能量输入刺激性化学物质的添加以获得有价值的产品。在加工木质纤维素材料的过程中，需要大量的轴功以将材料研磨成所需的尺寸，并且需要大量的附加能量(例如，热和/或压力)以及化学物质(例如，强酸或强碱)来去除多余含水量和抑制成分。另外，由于加热引起的温度升高会蒸发和/或导致有机物原料转化为有害的挥发性有机化合物(vocs)，然后被释放到大气中。在某些情况下，必须采用额外的能源和成本密集型措施来进一步处理过程中所释放的vocs以及其它危险废物。以节能的方式生产实用产品，而不使用有害和刺激性的化学物质，以扩大许多行业，例如建筑/基础设施、土木建筑、能源、能源生产、包装、草坪/园艺产品、农业、食品生产、抗污染等的设计空间是可取的。此外，为了在加工过程中获得其它有用的副产物，保留有机原料，例如vocs、营养物质、有机酸等的含量是可取的。这些副产品为生产增值产品和提高加工利润提供了诱人的机会。

2、因此，需要以节能和清洁(即，不添加刺激性化学物质)的方式从木质纤维素(或其它)原料生产固体和液体产物，同时不排放有害副产品，例如vocs的工艺、方法和系统。本发明的实施方式解决了此类需求以及其它需求，在结合附图阅读下文的描述时，这些以及其它需求将变得显而易见。

技术实现思路

1、本发明主要涉及化学-机械调节工艺。具体地，本发明的实施方式涉及通过化学-机械细胞爆破过程制备固体和液体，以及制备和使用它们的系统和方法。本发明的示例性实施方式提供了一种工艺，其包括：将一种或多种添加剂与原料混合以获得第一混合物，所述原料包含纤维材料和水；以及调节第一混合物以获得液体产物和干浆产物。

2、在本发明公开的任意实施方式中，所述纤维材料包含纤维素。

3、在本发明公开的任意实施方式中，所述纤维材料还包含木质素和半纤维素。

4、在本发明公开的任意实施方式中，以原料的总重量计，所述原料包含约10wt％-约90wt％的水。

5、在本发明公开的任意实施方式中，以干浆产物的总重量计，所述干浆产物包含约为35wt％或更少的水。

6、在本发明公开的任意实施方式中，以液体产物的总重量计，所述液体产物包含约50wt％或更多的水。

7、在本发明公开的任意实施方式中，所述调节包括：向第一混合物施加剪切力以增加第一混合物的压力；以及使第一混合物的纤维材料的多个细胞爆破。

8、在本发明公开的任意实施方式中，所述调节还步包括：将添加剂与第一混合物的纤维材料混合以形成处理后材料；从处理后材料中除去第一部分水；以第一部分水溶解添加剂；以及弱化处理后材料的纤维材料的多个细胞的细胞壁。

9、在本发明公开的任意实施方式中，所述弱化包括使添加剂与细胞壁中的木质素反应。

10、在本发明公开的任意实施方式中，所述调节还包括：对处理后的材料施加剪切力以提高所述处理后材料的压力和温度；分馏处理后材料的纤维材料以蒸发处理后材料中的第二部分水；以及将处理后材料暴露于大气压下，以诱导纤维材料的多个细胞发生爆破。

11、在本发明公开的任意实施方式中，液体产物包含原料中存在的至少75％的vocs。

12、在本发明公开的任意实施方式中，调节在约200℉-约350℉的最高温度下发生。

13、在本发明公开的任意实施方式中，所述添加剂包括表面活性剂。

14、在本发明公开的任意实施方式中，添加剂的分子量为约30g/mol-约10,000,000g/mol。

15、在本发明公开的任意实施方式中，该工艺还包括对干燥的固体产物进行造粒以形成粒料。

16、在本发明公开的任意实施方式中，液体产物包含一种或多种生物刺激性化合物和水。

17、在本发明公开的任意实施方式中，一种或多种生物性刺激化合物包括以下的一种或多种：矿物质、蛋白质、氨基酸、腐殖酸、富里酸以及一种或多种有机酸。

18、在本发明公开的任意实施方式中，所述矿物质包含钾、磷光体、磷、亚硝酸盐、钙、镁、硫、亚硫酸、钠、铁、锰、锌和铜中的一种或多种。

19、在本发明公开的任意实施方式中，液体产物还包含以下中的一种或多种：纤维素、木质素和半纤维素。

20、本发明的示例性实施方式提供了通过本发明公开的任意工艺制备的干浆产物。

21、本发明的示例性实施方式提供了通过本发明公开的任意工艺制备的液体产物。

22、本发明的另一个实施方式提供了化学-机械的细胞爆破方法，其包括：将一种或多种添加剂混合到纤维材料中，该纤维材料包含水；从纤维材料中除去第一部分水；用第一部分水溶解添加剂；弱化纤维材料的多个细胞的细胞壁；向纤维材料施加剪切力以提高纤维材料的压力和温度；通过分馏纤维材料以蒸发纤维材料中的第二部分水；以及使纤维材料暴露于大气压下，以诱导纤维材料中的多个细胞发生爆破。

23、在本发明公开的任意实施方式中，当纤维材料与一种或多种添加剂混合时，以纤维材料的总重量计，所述纤维材料包含约5wt％-约90wt％的水。

24、在本发明公开的任意实施方式中，当纤维材料暴露于大气压下以诱导多个细胞爆破时，以纤维材料的总重量计，所述纤维材料包含约35％或更少的水。

25、在本发明公开的任意实施方式中，该工艺在约200℉至约350℉的最高温度下发生。

26、在本发明公开的任意实施方式中，所述添加剂包括表面活性剂。

27、在本发明公开的任意实施方式中，添加剂的分子量为约30g/mol-约10,000,000g/mol。

28、本发明的示例性实施方式提供了通过本发明公开的任意工艺生产的纤维纸浆材料。

29、本发明的示例性实施方式提供了通过本发明公开的任意方法生产的液体产物，该液体产物包含：固体颗粒、一种或多种生物刺激性化合物以及水。

30、在本发明公开的任意实施方式中，一种或多种生物刺激性化合物包括以下中的一种或多种：矿物质、蛋白质、氨基酸、腐殖酸、富里酸以及一种或多种有机酸。

31、在本发明公开的任意实施方式中，以液体的总重量计，液体中所存在的一种或多种有机酸的量为约0.001wt％-约10wt％。

32、在本发明公开的任意实施方式中，以液体的总重量计，液体中存在的水的量为约50wt％-约90wt％。

33、在本发明公开的任意实施方式中，所述液体还包含木质素，其中，以液体的总重量计，液体中木质素的量为约0.01wt％-约75wt％。

34、在本发明公开的任意实施方式中，所述矿物质包括以下中的一种或多种：钾、磷、亚硝酸盐化合物、钙、镁、硫、钠、铁、锰、锌和铜。

35、在本发明公开的任意实施方式中，所述固体颗粒具有干物资，以所述液体的总重量计，所述干物质重量百分比为约0.0001wt％-约50wt％。

36、本发明的示例性实施方式提供了促进植物生长的方法，其包括将本发明公开的任意工艺的液体施用于植物。

37、本发明的另一实施方式提供了纤维粒料，其包括：含有多个暴露的纤维素纤维的纤维材料，所述多个暴露的纤维素纤维中的每一个与至少一个其它暴露的纤维素纤维缠结在一起；以及，以所述纤维粒料的总重量计，其还包括约35wt％或更少的水。

38、在本发明公开的任意实施方式中，纤维材料还包含木质素和半纤维素中的一种或多种。

39、在本发明公开的任意实施方式中，多个暴露的纤维素纤维包括扭曲的纤维。

40、在本发明公开的任意实施方式中，所述纤维粒料具有75或更高的颗粒耐久性指数(pdi)。

41、在本发明公开的任意实施方式中，所述纤维材料包括具有约100纳米-约1000微米的平均最大横截面尺寸的纤维。

42、在本发明公开的任意实施方式中，所述纤维粒料不包含粘合剂。

43、在本发明公开的任意实施方式中，所述纤维粒料的堆积密度为约15kg/m3-约800kg/m3。

44、在本发明公开的任意实施方式中，以粒料的总重量计，所述纤维粒料中存在的多种暴露的纤维素纤维的量为约2wt％或更高。

45、在本发明公开的任意实施方式中，以粒料的总重量计，所述纤维粒料中存在的多种暴露的纤维素纤维的量为约5wt％或更高。

46、在本发明公开的任意实施方式中，以粒料的总重量计，所述纤维粒料中存在的多种暴露的纤维素纤维的量为5wt％-80wt％。

47、在本发明公开的任意实施方式中，以粒料的总重量计，所述纤维粒料中存在的多种暴露的纤维素纤维的量为约5wt％-60wt％。

48、在本发明公开的任意实施方式中，以粒料的总重量计，所述纤维粒料中存在的多种暴露的纤维素纤维的量为约5wt％-50wt％。

49、在本发明公开的任意实施方式中，以粒料的总重量计，所述纤维粒料中存在的纤维材料的量为约99.99％或更高。

50、本发明的另一个实施方式提供了一种用于提高原料生产量的方法，其包括：将一种或多种添加剂与原料混合以获得第一混合物，该原料包含纤维材料和水，该纤维材料包括纤维素；致密化原料以获得产品；其中，相对于没有添加剂的方法，该方法的生产量提高了1-30％。

51、在本发明公开的任意实施方式中，以原料的总重量计，原料中存在的水的量为约5wt％-约30wt％。

52、在本发明公开的任意实施方式中，纤维材料还包含木质素。

53、在本发明公开的任意实施方式中，所述原料包括以下一种或多种：谷物、草、纤维素材料和木质纤维素材料、骨头、食品工业加工废料及其组合。

54、在本发明公开的任意实施方式中，所述致密化包括将产物形成以下中的一种或多种：粒料、团块、捆、原木、方块，及其组合。

55、在下文的详细描述和附图中说明了本发明的这些和其它方面。在结合附图阅读以下对本发明的具体示例性实施方式的描述之后，本发明的实施方式的其它方面和特征对于本领域普通技术人员将变得显而易见。尽管可以相对于某些实施方式和附图来讨论本发明的特征，但是本发明的所有实施方式可以包括这里讨论的一个或多个特征。此外，尽管可以将一个或多个实施方式讨论为具有某些有利特征，但是也可以将一个或多个这样的特征与本发明所讨论的本发明的各实施方式一起使用。以类似的方式，尽管下面可以将示例性实施方式作为设备、系统或方法实施例进行讨论，但应当理解的是，可以在本发明的各种设备，系统和方法中实现这样的示例性实施例。