生物原料的处理工艺的制作方法

专利名称：生物原料的处理工艺的制作方法
生物原料的处理工艺
相关申请的交叉引用本发明要求按照(35U.S.C. § 119(e)的)美国临时专利申请序列号 No. 60/627, 259 (申请日为2004年11月12日)的优先权，上述申请的内容 已经合并入本申请中。
政府利益声明本发明是在美国农业部农业研究所特别合作协议第 No. 58-5447-2-315资助下由政府支持完成的，政府对该项发明有一定的权 力。
背景技术：
生物材料如玉米秸秆、小麦秸秆、苜蓿、草类、稻秸、玉米纤维、固 体干粮食酒茅曹(distiller's dried grains with solids)、白羊草、蔗渣以 及其他包含可以通过发酵过程处理的纤维质材料和蛋白质，可以作为动物饲 料及其他目的。然而，这些生物材料在处于未处理的状态时，利用率是很低 的。现已报道的有各种生物材料的处理工艺及预处理用以增加有用生物材料 的利用率。这些加工工艺包括干磨法、湿磨法、蒸汽爆破法、和化学预处理 如氨纤维爆裂(AFEX)工艺。这些工艺有几点不足。干磨法相对于其他技术而言，在提高生物材料 中纤维材料和蛋白质的利用率上效率较低。湿磨法，比干磨法效率高，但是 却需要更多的能量成本，这就限制了湿磨法工艺的经济可行性。连续蒸汽爆 破法也是耗能比较多，并且需要额外分离步骤以回收可挥发性有机物，(否则 蒸汽会将可挥发性有机物带走)而氨纤维爆裂工艺是一种独特的化学预处理 过程。到目前为止，氨纤维爆裂工艺主要用于批量生产，这就限制了该项工 艺的商业应用能力。在氨纤维爆裂处理工艺中，生物材料在高压下与液体氨
相接触足够的时间，保证液体氨可以将生物材料膨胀。生物纤维被液体氨膨 胀以后，压力很快下降到低于氮的蒸汽压力的水平，这样氨挥发，同时将生 物纤维断裂。这就使更多的纤维材料和蛋白质可以用于下游蒸汽工艺或者用 于动物饲料。己有技术表明，为创造连续的氮纤维爆裂工艺，膨胀过程可以在挤出 反应器中进行。然而，这些措施并不能高效的回收再利用用于生物纤维膨胀 的氨。在一些工艺中，断裂的生物材料被干燥，包含膨胀剂和水的蒸汽被凝 结，并经蒸馏处理，这样纯化的膨胀剂才可以循环在反应器中使用。无论是 投资费用还是成本费用，该蒸馏工艺的耗费都比较高。因此，需要将连续的氨纤维爆裂工艺改进得更具有商业可行性。而且，
对于连续的氨纤维爆裂工艺而言，需要提供一种高效的回收、纯化氨气的方 法。需要为连续的氨纤维爆裂工艺提供一种高效的回收快速降压后残留在生 物材料中的部分氨的方法。因此，提供一个具有更多的优点的系统或者方法提到日程，其他的优 点显然将从本说明书中得到。本发明此处公开的方法和实施例可以实现前述 的一种或多种目的。

发明内容
本发明涉及一种增加生物材料中纤维物质及其他物质利用率的工艺方 法。特别是，本发明涉及使用一种膨胀剂断裂纤维质生物材料，以增加纤维 及其他材料的利用率的方法。—个实施例涉及一种连续处理生物材料的方法。该方法包括使生物材 料与膨胀剂混合于第一个容器中，压力至少与膨胀剂的蒸汽压一样大，并保 证足够的时间以使膨胀剂膨胀生物材料中的纤维。该生物材料可能被转移到 第二个容器中，第二个容器有一个出口，其压力至少不比第一个容器内的压 力大，以确保膨胀剂蒸汽化，并从第二个容器的出口处逸出，引起生物材料 纤维断裂。断裂的生物材料可以进行干燥处理，以产生蒸汽流和干燥的生物 材料。该蒸汽流被凝结，用于生物材料进入第一个容器前处理生物材料。 [OOll]—个实施例涉及一种连续处理生物材料的方法。该方法包括将生物材 料和膨胀剂混合在第一个容器内，其压力至少和膨胀剂蒸汽压一样大，并保证足够的时间以使膨胀剂膨胀生物材料中的纤维。该生物材料可能被转移到 第二个容器中，其压力至少不比第一个容器内的压力大，以确保膨胀剂快速 蒸汽化，引起生物材料纤维断裂。含有膨胀剂的第一个容器调节到足够的压 力，以阻止第一个容器内的液体膨胀剂蒸发。—个实施例涉及采用膨胀剂连续处理湿生物材料的装置。该装置包括 第一个容器，该容器可以在比环境压力大的压力下工作，在其内生物材料与 液体形式的膨胀剂混合足够长的时间，以使生物材料膨胀。该装置还包括与 第一个容器耦联的第二个容器，该容器可以在比第一个容器的压力足够低的 压力下工作，以使膨胀剂蒸发。该装置还包括一个含有干燥器的干燥部分， 至少残留的湿气和膨胀剂可以从生物材料中分离出来，凝结，再利用。
—个实施例涉及采用膨胀剂连续处理生物材料的装置。该装置包括第 一个容器，该容器可以在比环境压力大的压力下工作，在其内生物材料与液 体形式的膨胀剂混合足够长的时间，以使生物材料膨胀。该装置还包括与第 一个容器耦联的第二个容器，该容器可以在比第一个容器的压力足够低的压 力下工作，以使膨胀剂蒸发。第一个容器可以通过蒸汽化的膨胀剂调节压力。可以理解的是，本发明前述的发明内容和下述的具体详细说明是示 意性的实施例，而不是对本发明或其它实施例的限制。


FIG. 1为生物材料连续处理工艺的一个实施例的示意图。
FIG. 2为FIG. 1中部分工艺过程的示意图，包括一个氨气回收系统。
FIG. 3为FIG. 1中部分工艺过程的示意图，包括一个干燥器和一个
相关的膨胀剂/水回收系统。 FIG.4为FIG. 1所示工艺的可选部分的示意图，包括一个氨气回收 系统。
FIG. 5为生物材料连续处理工艺的一个实施例的示意图。 具体实施例本发明所涉及的工艺方法可以包括一个压力反应器，在该压力反应器 内，生物材料可以与膨胀剂相接触。该反应器一般包括至少一个入口和一个
出口。入口接受湿生物材料和液体膨胀剂的混合物。该反应器也可以包括接 受湿生物材料和液体膨胀剂的各自分开的入口。也可以包含另一个入口，用 来为含有膨胀剂的反应容器加压，至少达到膨胀剂的蒸汽压，在这种操作温 度下，可以阻止液体膨胀剂蒸汽化。也可以减少入口蒸汽所需要的液体膨胀 剂的量，这样可以相应的减少材料成本。反应容器最好可以提供足够的驻留
时间，以保证液体膨胀剂胺i胀生物材料。生物材料被从反应器转移到比反应器压力低的第二个容器内，第二个 容器可以是一个闪蒸槽，该闪蒸槽有一个入口，允许反应器蒸汽进入， 一个 蒸汽出口，和一个为生物材料、剩余液体准备的底部出口。闪蒸槽的压力至 少不能大于反应器的压力和膨胀剂的蒸汽压，这样就保证已使生物材料膨胀 的膨胀剂快速蒸汽化，生物纤维断裂。闪蒸槽也可以在这样的压力和温度下 工作，即蒸汽流主要由膨胀剂组成，有些实施例中，是由相对纯化的膨胀剂 蒸汽组成。这种结构和使反应器出口卸压到环境压力不同，它允许相对纯化 的膨胀剂流回收，可以进一步凝结和再利用。—般来讲，接下来就是断裂的生物材料被干燥。从断裂生物材料中挥
发出来的蒸汽中， 一般含有膨胀剂和水。该蒸汽可以被凝结，再利用。如该 循环蒸汽可以用于在生物材料进入反应器前进行预浸。图1一3和图5显示了本发明所涉及的工艺的一个实施例。FIGS1， 2， 3和5中，系统10包括入口部分12，处理部分14，干燥部分16，和回收部 分18。入口部分12包括传输器20，料仓(storage bin)22，预浸传输器24， 和给料机26。传输器20将生物材料运送到料仓22，在料仓22中生物材料被 积累，以为系统10的其他部分提供连续的蒸汽。该生物材料可以包括玉米秸 秆、小麦秸秆、苜蓿、草类、稻秸、玉米纤维、固体干粮食酒糟、白羊草、 蔗渣，或其他材料，或这些材料的组合。有些实施例中，生物进料可能含有 足够的水或氨水，需要校正湿度到大约20%—75%重量比。有些实施例中， 生物进料的湿度可能为50%重量比。 一些实施例中，预浸传输器24可能在 25°C-9(TC之间的温度下工作。也有一些实施例中，预浸传输器24可能在 latm-10atm之间的压力下工作。—个实施例中，给料机26是一个往复塞给料机。另一个实施例中，其 他的给料机如挤压机，可以进料固体生物材料到压力容器中。生物材料可以
在设备中被磨成适当的大小。有的实施例中，生物材料被磨成3 — 5毫米大小， 而有的生物材料可以被磨成可以通过40目过滤网。传输器可以是传输带传输
器，螺旋输送器或其他合适的装置。预浸传输器24将生物材料从料仓22运 送到给料机26。生物材料与气流28提供的膨胀剂、水一起浸泡，组成蒸汽 30，使生物材料适合于在给料机26中使用，这样浸泡的生物材料封住了反应 器的入口以阻止泄漏。在一个实施例中，膨胀剂包括液体氨。而在其他实施例中，也可以用 其他的可挥发性化学物质，用于断裂本发明工艺中的纤维。此外，生物材料 可以与水或者膨胀剂单独预浸。给料机26将浸泡的生物材料传送到处理部分 14。处理部分14包括过渡室32 (transition chamber),反应器34，运 输器36 (transporter),和容器38。生物材料从给料机26进入过渡室32。 蒸汽40包括液体膨胀剂， 一起进入过渡室32。在过渡室32中，蒸汽40和 浸泡过的生物材料混合，然后进入反应器34中。反应器34有一定压力。另 一个实施例中，液体膨胀剂和生物材料可以分别进入反应器34。反应器34 可以是一种挤压反应器。另一个实施例中，反应器34也可以是一种消化槽
(digester)或其他合适的装置。有些实施例中，反应器34是由不锈钢材料 制成，例如316型不锈钢。有些实施例中，反应器34是由其他与膨胀剂一起 使用的材料制成。反应器34可以用蒸汽42提供的气化膨胀剂调节压力。
反应器34的工作压力最好在或者高于膨胀剂的蒸汽压力，以阻止蒸 汽40提供的液体膨胀剂的蒸汽化。 一个实施例中，反应器34可以在大约90 psia-350 psia之间的压力下工作。反应器34可以在其他足够的高压下工作。 另一些实施例中，反应器34可以在至少约250 psig的压力下工作。反应器 34可以在约50°C-100。C范围的温度下工作，而温度在约70°C-90。C之间是反 应器34的最佳反应范围。该反应器提供足够的停留时间，以保证生物材料吸 收一定量的液体膨胀剂，以使纤维断裂。反应器中典型的停留时间范围为约 5分钟到30分钟。运输器36将膨胀的生物材料从反应器34的出口移送到容器38。运 输器36图示为一个旋转释放(也叫口袋)阀；然而，其他适合将膨胀的生物 材料从加压的反应器34移送到容器38的还有挤压机。 一个实施例中，运输
器36是由不锈钢材料制成，例如316型不锈钢。运输器36也可以由其他适
合与膨胀剂一起使用的材料制成。容器38的操作压力不能大于反应器34的压力，这样液体膨胀剂的一 部分可以快速蒸汽化，以使生物材料纤维断裂。典型的实施例中，容器38 可以在约latm-2atm之间的压力下工作。有些实施例中，容器38是一个闪蒸 槽。容器38可以由316型不锈钢制成，也可以由其他适合与膨胀剂一起使用 的材料制成。容器38可以在一定的ji力和温度下工作，以使蒸汽流41主要 由纯化的膨胀剂组成。有些实施例中，容器38可以在约10psig-30psig之间 的压力下工作。容器38也可以在约15°C-35。C范围的温度下工作，容器38 也可以在约35°C-6CTC范围的温度下工作。蒸汽流41流入回收部18。容器 38底部蒸汽包含湿气，断裂的生物材料，和一定量的在容器38内不会蒸汽 化的液体膨胀剂。底部蒸汽流入干燥部分16。干燥部分16包括给料机42，干燥器44，传送器46，冷凝器48和反 应槽50。容器38的底部蒸汽被送入给料机42和干燥器44。有些实施例中， 干燥器44是一个间接旋转干燥器。其他类型的干燥器也可以使用。特别是， 干燥器44在部分真空、操作压力为0 .latm-0.9atm范围的条件下工作。干 燥器44也可以在环境压力下工作。干燥器44可以在约5(TC-10(TC范围的温 度下工作。干燥器44使断裂的生物材料中剩余的膨胀剂和湿气的一部分蒸汽 化。干燥的、断裂的生物材料被传送器46作为预处理工艺的产品传送。这种 产品可以用于下游工艺过程，包括但不限于酶水解、或者作为反刍动物饲料。 干燥器44产生的蒸汽形成蒸汽流52，蒸汽流52被阀54调控。
蒸汽流52流向冷凝器48。含有水和膨胀剂的液体蒸汽56在泵58的 作用下，进入反应槽50。 一个实施例中，反应槽50可以由不锈钢316制成， 也可以由其他适合与膨胀剂一起使用的材料制成。泵60将液体从反应槽50 送入蒸汽流28，蒸汽流28可以用于在预浸传输器24中预浸生物材料。阀62 调控气流28。在生物材料进入给料机26之前，使用来自于干燥器44的凝结 蒸汽预浸生物材料，这样可以回收再利用气流28中的膨胀剂和水，而不需要 进行高成本的分离工艺，例如蒸馏。'高水平的膨胀剂回收技术降低了预处理 工艺的能量和资金成本。如上述所说，蒸汽流41从容器38流入回收部分18。蒸汽流41的流
动，容器38的压力都是通过阀64的调控。回收部分18包括压缩机66，冷 凝器68和膨胀剂储存槽70。压缩机66给蒸汽流41加压，被压縮的蒸汽流 流向冷凝器68，在这里被压縮的蒸汽流凝结成液体流72。液体流72被泵74 泵入膨胀剂储存槽70。膨胀剂储存槽70的成分可以被加热器76加热，这样膨胀剂储存槽70 的上部分就包含蒸汽化的膨胀剂，而膨胀剂储存槽70的下部分包括液体膨胀 剂。膨胀剂储存槽70的成分可以处于比反应器34的操作压大的压力下。一 些实施例中，膨胀剂储存槽70的成分可以储存在约0。C-IO(TC范围的温度下。 有些实施例中，膨胀剂储存槽70的成分可以储存在约反应器34的操作压力 下。而有些实施例中，膨胀剂储存槽70的成分可以储存在约30 psia-1000 psia范围的压力下。流体42包括来自于膨胀剂储存槽70的上部分的蒸汽化 膨胀剂，并流入反应器34。流体40包括来自于膨胀剂储存槽70的下部分的 液体化膨胀剂。泵80将流体42的液体膨胀剂从膨胀剂储存槽70泵入反应器 34，过渡室32。阀82，存在于泵80和反应器34之间，在流体40之上，控 制蒸汽流40流向过渡室32。见图2，该图描述了系统10的一部分，回收部分18可以包括压缩机 66、冷凝器68和膨胀剂储存槽70。蒸汽流41可以从容器38的出口进入压 縮机66,蒸汽流在这里被压縮。蒸汽流然后流入冷凝器68，蒸汽在这里冷却 并凝结。凝结的蒸汽然后被送进膨胀剂储存槽70。膨胀剂储存槽70可以被 加热器76加热，使温度达到反应器34的操作温度之上。在反应器34的操作 压力之上条件下，膨胀剂储存槽70可以包含液体相和气体相的膨胀剂。蒸汽 流42从膨胀剂储存槽70出来，直接进入反应器34的入口。阀78，也可以 是气动阀或者其他合适^装置，用于控制膨胀剂蒸汽流进入反应器34。使用 气体膨胀剂给反应器34加压，以阻止进入反应器34的液体膨胀剂的蒸汽化。 这样可以减少所需液体膨胀剂的量，另一方面也减少了成本。液体流40可以 从膨胀剂储存槽70出来，为反应器34提供液体膨胀剂。
见图3，该图描述了系统10的一部分，干燥部分16包括给料机42， 干燥器44，传送器46，冷凝器48和储存槽50。在处理部分14中产生的断 裂生物材料被传送器42移送到干燥器44。干燥器44从断裂的生物材料挪走 一部分湿气和膨胀剂，以提供一个包含膨胀剂和水的蒸汽流，和一个干燥的 生物材料。该干燥的生物材料并不一定要完全干燥，可以含有一定的水分，
和/或膨胀剂。干燥器44产生的蒸汽作为流体52离开干燥器44，流体52流 入冷凝器48。凝结蒸汽作为含有膨胀剂和水的液体流56离开冷凝器48，液 体凝结物在储存槽50中积累下来。流体28包括液体膨胀剂和水，从储存槽 50流入预浸传输器24，在这里液体被用于处理生物材料。存在于干燥器中的 处理后的生物材料典型地具有氨的含量约为0%-2% (干生物材料为基础)。 存在于干燥器中的处理后的生物材料也可以含有湿度约为0。/^-25%之间。
见图4，该图描述了系统10的替代实施例，回收部分18可以包括压 缩机66，冷凝器68,膨胀剂储存槽70和储存槽82。蒸汽流41可以从容器 38的出口出来，进入压縮机66，在这里蒸汽流被压縮。然后，蒸汽流41可 以进入冷凝器68，在这里蒸汽被冷却并凝结。凝结后的蒸汽可以包括膨胀剂 和水，可以被置于储存槽82中。流体84从储存槽82的出口流入反应器34 的入口，为反应器提供膨胀剂。气流84的流动由阀86控制。在有些实施例 中，气流84可以从储存槽82流'入预浸传输器24 (见图2)。
下面的实例用于具体询明本发明，以使普通技术人员可以使用，但这 些实施例并不限制本发明的保护范围。 例l湿度10%的玉米秸秆(94, 444kg/hr )与循环的氨一水混合物 (41， 851kg/hr的氨气和109， 594kg/hr的水)在预浸传输器中连续性混合。 加入气流(8，462kg/hr)以校正于生物材料与水的比例，至l: 1.5。该混合 物进入有压力的氨纤维爆裂工艺反应器。43， 149kg/hr的干燥氨气从储存槽 中加入，以校正生物材料和氨气的重量比，达到l:l (基于生物材料干重)。 该混合物在9(TC温度、20atm压力下反应5-30分钟。
接下来，混合物被一个旋转释放阀转移到闪蒸槽中，在此闪蒸槽中， 混合物被绝热闪蒸，直到最后温度降低至4(TC，最终压力降至latm。该闪蒸 蒸体包含42, 885kg/hr的氨和1， 946kg/hr的水。该蒸汽被压縮到8. 5atm, 部分被凝结。闪蒸冷凝器中剩余的水被去除。在第二个冷凝器中，蒸汽被液 化成氨，并泵入氨储存槽。闪蒸槽中的固体在间接旋转干燥器中被干燥，反应条件为90°C、 0. 6atm部分真空。干燥器蒸汽，含有41， 851kg/hr的氨和109， 594kg/hr的
水，在1.4atm压力、3(TC温度条件下被凝结，然后被泵入氨一水储存槽。被
处理的生物材料含有263kg/hr的氨和15, 960kg/hr的水。
例2温度25。C-50。C，压力30psia-200psia条件下，湿度10%的玉米秸 秆(94, 444kg/hr )与循环的氨一水混合物(48, 365kg/hr的氨气和 80，879kg/hr的水)在预浸传输器中连续性混合。加入气流(37， 177kg/hr) 以校正生物材料与水的重量比，至1: 1.5 (基于生物材料的干重)。该混合 物进入有压力的氨纤维爆裂工艺反应器(例如连续消化槽)。36，635kg/hr的 干燥氨气从储存槽中加入，以校正于生物材料和氨气的重量比，达到1:1。 该混合物在9(TC温度、20atm压力下反应5-30分钟。接下来，混合物被一个旋转释放阀转移到闪蒸槽中，在此闪蒸槽中， 混合物被绝热闪蒸，直到最后温度降低至52。C，最终压力降至2atm。该闪蒸 蒸气包含35， 304kg/hr的氨和1425kg/hr的水。该蒸汽被压縮到8. 5atm，部 分被凝结。闪蒸冷凝器中剩余的水被去除。如果希望，在第二个冷凝器中， 蒸汽可被液化成氨，并泵入氨储存槽。闪蒸槽中的固体在间接旋转干燥器中被干燥，反应条件为7(TC、 0. 4atm部分真空。干燥器蒸汽，含有48, 365kg/hr的氨和80， 879kg/hr的水， 在1.4atm压力、3(TC温度条件下被凝结，然后被泵回氨一水储存槽。被处理 的生物材料含有1329kg/hf的氨和45， 196的水。有些实施例中，達续处理潮湿生物材料的方法由以下步骤组成，通过 蒸发膨胀剂断裂生物材料；干燥断裂的生物材料以提供第一个蒸汽流和干燥 的生物材料；凝结第一个蒸汽流；在生物材料断裂前，使用凝结的第一个蒸 汽流处理生物材料。有些实施例中，断裂生物材料的步骤包括，在第一个容器内，接触生 物材料和膨胀剂，此容器内的压力至少等于膨胀剂的蒸汽压，并保证足够长 的时间，使膨胀剂膨胀生物材料的纤维。有些实施例中，断裂生物材料的步骤包括，将生物材料移送到第二个 容器内，第二个容器的压力小于第一个容器，这样至少膨胀剂的一部分蒸发， 并从蒸汽出口流出第二个容器，从而使生物纤维断裂。
有些实施例中，生物材料是在第一个容器内，通过绝热闪蒸的方法断
裂其中的纤维。第一个蒸汽流可以包括氨和水。生物材料可以包括玉米秸秆、 小麦秸秆、苜蓿、草类、稻秸、玉米纤维、固体干粮食酒糟、白羊草、蔗渣 之一或者其混合物。第一个容器可以通过第二个蒸汽流加压。第二个蒸汽流 可以包括蒸发的膨胀剂，可以用于产生足够的压力，以阻止第一个容器内的 液体膨胀剂蒸汽化。第二个蒸汽流包括来自于蒸汽出口的蒸汽化膨胀剂。
有些实施例中，断裂的生物材料可以用于其他工艺的进料。其他工艺 包括，例如使用该生物材料生产酒精。有些实施例中，连续处理生物材料的方法可以由以下步骤组成，在第 一个容器内将生物材料与膨胀剂接触，第一个容器内的压力至少等于膨胀剂
的蒸汽压力，并接触足够长的时间，以保证膨胀剂膨胀生物材料内的纤维； 将生物材料转移到第二个容器内，第二个容器的压力小于第一个容器的压力。 这样，膨胀剂的一部分快速蒸汽化，引起生物材料断裂；其中第一个容器由 含有蒸汽化膨胀剂的第一个气流加压到以阻止第一个容器内的液体膨胀剂蒸 汽化。有些实施例中，该方法还可以包含以下步骤，干燥生物材料，以提供 第二个蒸汽流和干生物材料；凝结第二个蒸汽流；在生物材料进入第一个容 器前，使用凝结的第二个蒸汽流处理生物材料。第二个蒸汽流可以包括氨和 水。第二个气流可以包括至少部分是从第二个容器获得的蒸汽化的膨胀剂。
有些实施例中，连续处理生物材料的方法可以由以下步骤组成，在第 一个容器内将生物材料与膨胀剂接触，第一个容器内的压力至少等于膨胀剂 的蒸汽压力，并接触足够长的时间，以保证膨胀剂膨胀生物材料内的纤维； 将生物材料转移到第二个容器内，第二个容器的压力小于第一个容器的压力。 这样，膨胀剂的一部分快速蒸汽化，引起生物纤维断裂，产生断裂的生物材 料；用含有蒸汽化膨胀剂的第一个气流给第一个容器加压，至足够的压力，
以阻止第一个容器内的液体膨胀剂蒸汽化，第一个气流包括至少部分是从第 二个容器中获得的蒸汽化的膨胀剂；干燥断裂的生物材料，以提供第二个蒸 汽流和干燥的生物材料；凝结至少一部分第二个蒸汽流；在生物材料进入第 一个容器前，使用凝结的第二个蒸汽流处理生物材料。有些实施例中，所述的使用膨胀剂连续处理潮湿生物材料的装置包 括，可以在比环境压力大的压力下操作的第一个容器，这样生物材料可以与
液体形式的膨胀剂接触足够长的时间，以膨胀生物材料；与第一个容器相连
的第二个容器，可以在比第一个容器足够低的压力下工作，至少可以允许一
部分膨胀剂蒸汽化，以此形成第一个蒸汽流； 一个与第二个容器相连的干燥 部分，其包括一个干燥器，在此干燥器中，至少一部分剩余潮气和膨胀剂可 以从生物材料中去除，凝结和再利用。有些实施例中，该装置还可以包含一个蒸汽回收系统，该系统包括与 干燥器连接的第一个冷凝器，可以凝结从生物材料中去除的剩余湿气和膨胀 剂。第一个冷凝器可以直接耦联到干燥器和第一个储存槽上。第一个冷凝器 耦联到第一个容器的传输器上游。有些实施例中，第一个容器是一个挤压反应器。第二个容器可以是一 个闪蒸槽，可以在足够的压力和温度下操作，产生主要由膨胀剂组成的第一 个蒸汽流。有些实施例中，该装置可以进一步包括，可以凝结第一个蒸汽流的第 二个冷凝器，可以接收凝结蒸汽流的第二个储存槽。第二个储存槽可以储存 液体膨胀剂和气体膨胀剂。第二个储存槽也可以提供给第一个容器加压的气 体膨胀剂，和与潮湿生物材料反应的液体膨胀剂。有些实施例中，.该连续处理带有膨胀剂的生物材料的装置可以包括 可以在比环境压力高的压力下工作的第一个容器，在该容器内，生物材料与 液体形式的膨胀剂接触足够长时间，以膨胀生物材料纤维；与第一个容器耦 联的第二个容器，并在比第一个容器低的压力下工作，以保证至少部分膨胀 剂蒸汽化;所述的第一个容器可以通过蒸汽化的膨胀剂的第一个蒸汽流加压。
有些实施例中，第二个容器可以是一个闪蒸槽，该闪蒸槽可以在一定 压力和足够温度下工作以产生第二个蒸汽流，所述的蒸汽流主要是由膨胀剂 组成。第一个容器可以通过第二个蒸汽流提供的膨胀剂蒸汽加压。
该装置还可以包括一个与第二个容器耦联的干燥部分，该部分包括一 个干燥器，其中，干燥部分可以去除生物材料中的至少部分剩余湿气和膨胀 剂。该装置还可以包括一个蒸汽回收系统，该系统包括与干燥器耦联的第 二个冷凝器，可以凝结从生物材料中去除的湿气和膨胀剂。所述的蒸汽回收 系统可以回收凝结的湿气和膨胀剂，传输到第一个容器的传输器上游。而在有些实施例中，该连续处理具有膨胀剂的湿生物材料的装置可以 包括可以在比环境压力高的压力下工作的第一个容器，在该容器内，生物 材料与液体形式的膨胀剂接触足够长时间，以膨胀生物材料纤维；与第一个 容器耦联的第二个容器，可以在比第一个容器低的压力下工作，以保证至少 部分膨胀剂蒸汽化；在第二个容器的出口和第一个容器的入口之间的连接可 以提供从第二个容器到第一个容器的蒸汽化的膨胀剂，由此该第一个容器可 .以被加压，以使压力足够阻止第一个容器内的液体膨胀剂蒸汽化；与第二个 容器耦联的干燥部分，包括一个干燥器和一个冷凝器，在此干燥部分，至少 可以去除生物材料中的部分剩余湿气和膨胀剂； 一个蒸汽回收系统，该系统 包括与干燥器耦联的第一个冷凝器，可以凝结从生物材料中去除的湿气和膨 胀剂，凝结的湿气和膨胀剂可以在进入第一个容器前，用于处理生物材料。
权利要求
1.一种连续处理湿生物材料的方法，其特征在于，所述的方法包括通过膨胀剂的蒸汽化断裂生物材料，并产生第一个蒸汽流；干燥断裂的生物材料，并产生第二个蒸汽流和干燥的生物材料；凝结第二个蒸汽流；在生物材料断裂前，用凝结的第二个蒸汽流处理生物材料。
2. 如权力要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法进一步包括凝 结第一个蒸汽流；将凝结的第一个蒸汽流储存在储存槽内；在生物材料断裂 前，用凝结的第一个蒸汽流处理生物材料。
3. 如权力要求l所述的方法，其特征在于，所述的断裂生物材料的步 骤包括以下几个步骤在第二个容器内将生物材料与膨胀剂在至少等于膨胀 剂的蒸汽压的压力下接触足够长的时间，以使膨胀剂膨胀生物材料中的纤维。
4. 如权力要求3所述的方法，其特征在于，断裂生物材料的步骤还包 括将生物材料转移到第二个容器内，该容器内的压力小于第一个容器的压 力，从而至少膨胀剂的一部分蒸汽化，并通过蒸汽出口逸出第二个容器，同 时引起生物纤维断裂。
5. 如权力要求4所述的方法，其特征在于，生物材料是通过绝热闪蒸 第一个容器中的生物纤维而断裂。
6. 如权力要求l所述的方法，其特征在于，所述的膨胀剂包括氨。
7. 如权力要求1所述的方法，其特征在于，所述的生物材料包括玉米 秸秆、小麦秸秆、苜蓿、草类、稻秸、玉米纤维、固体干粮食酒糟、白羊草、 蔗渣、及其混合。
8. —种连续处理生物材料的方法，其特征在于，所述的方法包括在第 一个容器内将生物材料与膨胀剂在至少等于膨胀剂的蒸汽压力的压力下接触 足够长的时间，以保证膨胀剂膨胀生物材料内的纤维；将生物材料转移到第 二个容器内，第二个容器的压力小于第一个容器的压力，使膨胀剂的一部分 快速蒸汽化，引起生物纤维断裂；第一个容器通过包括蒸汽化膨胀剂的第一 个气流加压，提其压力足以阻止第一个容器内的液体膨胀剂蒸汽化。
9.如权力要求8所述的方法，其特征在于，所述的方法进一步包括 干燥生物材料，并产生第二个蒸汽流和干燥的生物材料；凝结第二个蒸汽流； 在生物材料进入第一个容器前，用凝结的第二个蒸汽流处理生物材料。
10. 如权力要求9所述的方法，其特征在于，所述的第二个蒸汽流包 括氨气和水。
11. 如权力要求9所述的方法，其特征在于，所述的第二个蒸汽流包 括至少一部分是从第二个容器中获得的蒸汽化的膨胀剂。
12. —种采用膨胀剂连续处理湿生物材料的装置，其特征在于，所述 的装置包括储存膨胀剂的第一个储存槽；在高于环境压力的压力下工作的 第一个容器，在此容器内，生物材料与液体形式的膨胀剂接触足够长的时间 而膨胀生物材料；与第一个容器耦联的第二个容器，该容器在至少比第一个容器压力低的压力下工作而允许至少一部分膨胀剂蒸汽化，从而形成第一个气流；与第二个容器耦联的一个干燥部分，包括一个干燥器，其中生物材料 中至少一部分剩余湿气和膨胀剂被去除，凝结和再利用。
13. 如权力要求12所述的装置，其特征在于，所述的装置进一步包括 一个蒸汽回收系统，该系统包括与干燥器耦联的第一个冷凝器，凝结从生物 材料中去除的剩余湿气和膨胀剂。
14. 如权力要求13所述的装置，其特征在于，所述的第一个冷凝器与 一个干燥器和第一个储存槽直接耦联。
15. 如权力要求13所述的装置，其特征在于，所述的第一个冷凝器与 第一个容器的传输器上游耦联。
16. 如权力要求12所述的装置，其特征在于，所述的第一个容器是一 个挤压反应器。
17. 如权力要求12所述的装置，其特征在于，所述的第一个气流包括 膨胀剂和水。
18. 如权力要求12所述的装置，其特征在于，所述的第二个容器是一 个闪蒸槽。
19. 如权力要求12所述的装置，其特征在于，所述的装置进一步包括， 凝结第一个气流的第二个冷凝器和接收凝结的蒸汽流的第二个储存槽。
20. 如权力要求19所述的装置，其特征在于，所述的第二个储存槽用 于为第一个容器回收凝结的蒸汽流。
21. 如权力要求12所述的装置，其特征在于，第一个储存槽提供用于 调节第一个容器的压力的气态的膨胀剂，和用于与湿生物材料反应的液体膨 胀剂。
全文摘要
本发明涉及一种连续处理湿生物材料的方法及其装置。所述的方法包括在一个压力容器内，采用膨胀剂处理生物材料，然后将材料转到压力比第一个容器低的容器内，生物纤维可以断裂。至少使膨胀剂分开，湿气可以循环使用。
文档编号F26B21/06GK101099070SQ200580046177
公开日2008年1月2日 申请日期2005年11月9日 优先权日2004年11月12日
发明者东尼亚·帝德耶, 斯里尼瓦斯拉奥·拉贾戈帕兰, 达罗·麦卡勒 申请人:密歇根生物技术研究所