本发明人发现为避免结焦，脱氧（将木质素暴露于作为H2气体的氢或通过氢供 体暴露于氢）是在木质素转化温度和木质素转化压力发生的，其中该木质素转化温度在高 于反应器中液体组合物在大气压时的沸点且低于该液体组合物的临界温度的范围内，该木 质素转化压力高于该反应器中的液体组合物在该木质素转化温度时的气泡压力（bubble presure)，条件是木质素转化压力被选择成能够避免结焦的形成。
[0204] 反应器的液体组合物是添加到容器中的液体组分的组合物。例如，在一种实施方 案中，该液体组合物几乎是具有溶解组分的纯水。在纯水的情况中，氢将会来自添加的氢 气。在纯水或基本纯水的情况中，该气泡压力是在木质素转化温度时水的蒸汽压。在另一 实施方案中，该液体组合物可包括水和氢供体。该液体组合物具有其自身的气泡压力和形 成该温度范围的上下限值的临界温度，在两个驻留周期（residence cycles)之后经受选择 的木质素转化压力的另外的条件以避免形成结焦，其能够通过在两个驻留周期之后打开反 应器并观察是否存在结焦（覆盖反应器的黑色残渣）肉眼检查。该反应器也将不含任何液 体。
[0205] 已经发现该木质素转化压力也是离开反应器的气体的量的函数。气体（例如氢气 或氮气）用量越高，所需的压力也越高。在氢供体的情况中，使用较少的气体，因此为防止 结焦需要较低的木质素转化压力。
[0206] 适当的较低木质素转化压力能够如下容易地通过经验设定。能够测定加料到反应 器中的液体组合物。在大多数情况中，其将是来自浆料的水，使用任何氢供体化合物（如果 存在）。该设计将包括离开反应器的气体的流速。尽管能够手动进行计算，但也能够使用商 业模拟程序包测定该液体混合物的蒸汽液体平衡条件（气泡压力）。这示于表2中，其是使 用水作为液体的"液体水反应器压力计算值"。从表中能够看出，该理论计算值是相当准确 的近似值，但在水的情况中，实际压力仍高于基于纯组分的计算值。一旦测定了该近似值， 能够进行反应两个驻留周期，将容器打开并观察结焦。如果存在结焦，提高反应压力直至没 有结焦并在两个驻留周期之后经受不形成结焦的条件。
[0207] 驻留周期是反应器内容物周转的时间量。如果容器中的停留时间为4L，该容器在 操作条件以lL/hr的体积流速加料，那么驻留周期为4小时，2个驻留周期为8小时。在2L/ hr时，驻留周期为2hr，2个驻留周期为4小时。
[0208] 如上所述，该木质素转化方法应当在木质素转化温度进行，其中该木质素转化温 度在高于该浆料液体在大气压的沸点且小于该浆料液体的临界温度的范围内，经过该木质 转化压力高于该浆料液体在该木质素转化温度时的气泡压力的条件，且该木质素转化压力 的选择用以避免形成结焦。
[0209] 为了避免形成结焦，该木质素转化压力应当选择使得该木质素转化压力高于该浆 料液体在木质素转化温度时的气泡压力。气泡压力是木质素转化反应器中所有组分的蒸汽 分压之和。
[0210] 当该浆料液体由水构成时，该木质素转化方法应当在低于水的临界温度的木质素 转化温度进行。
[0211] 通常，该木质素转化方法将在在190°C-370°C范围内的木质素转化温度进行。该 木质素转化温度范围优选选自由 190°C -370°C、210°C -370°C、220°C -360°C、240°C -360°C、 250°C -36(TC、28(TC -36(TC、29(TC -350°C和 300°C -330°C构成的组。
[0212] 在该浆料液体由氢供体构成的情况中，该木质素转化方法可以在在190°C -350°C 范围内的木质素转化温度进行，更优选200°C _310°C，甚至更优选210°C _300°C，最优选 2 KTC -280 °C〇
[0213] 该氢供体也可以与液体浆料分开引入该木质素转化反应器中。该氢供体也可以来 自碳水化合物转化步骤，由此该木质纤维素生物质自身产生氢气用于该方法中。在该方法 中，氢供体（例如乙二醇）能够在图3的碳水化合物转化步骤中制备，通入液体浆料，并通 过流325引入木质素转化反应器中。
[0214] 为了避免结焦，控制如上所述的木质素转化压力也是重要的。该木质素转化压力 在优选选自由70巴-300巴、80巴-245巴、82巴-242巴、82巴-210巴、90巴-207巴和90 巴-172巴构成的组的范围内。
[0215] 在碳水化合物存在下该连续木质素转化应当在高于水在木质素转化温度时的理 论平衡蒸汽压的木质素转化压力进行。直接观察到在木质素转化压力甚至高于在木质素转 化温度时水蒸汽压的计算值时，形成了结焦，这解释了出口气体在液体之上吹扫而过。在木 质素转化压力比在该木质素转化温度时水蒸汽压计算值高得多时，没有观察到结焦。已经 发现为了避免在连续方法中形成结焦，需要将反应器内容物的至少一部分保持为液态，但 为此所需的压力比预测的压力或之前预测的压力高得多。
[0216] 在间歇反应器条件中未观察到结焦形成，因为间歇反应器条件总是处于理论平 衡。在将出口的吹扫气体引入连续方法中时，该平衡条件不再存在，为将该木质素转化反应 器中的至少一些反应器内容物保持为液态所需的压力比常规知识或创新将会教导的要高 得多。尽管能够进行方法模拟以首先将木质素转化压力接近给定条件，通过提高压力直至 不再观察到结焦，能够根据经验容易地确立实际的最小木质素转化压力。实施本发明的人 员请注意根据来自反应器的流速，压力的提高能够较大。
[0217] 防止结焦实验
[0218] 除非不同指出，以下程序适用于所有实验。
[0219] 将去离子水添加到由木质纤维素生物质的预处理得到的富木质素组合物中，以 得到具有浆料质量的20wt%的干物质含量的含有木质素的浆料。将该混合物加入共混器 (Waring Blender，型号HGBSSSS6)，并间歇彻底混合10分钟以得到均相浆料。肉眼评价浆 料的均匀性。将该浆料加入恒定搅拌的混合罐中。该混合罐是不锈钢的盘状底的罐，具有 连接到Chandler Quizix QX双注射泵的底部卸料口，该双注射泵具有两个泵腔。入口阀插 入混合罐和该Chandler Quizix QX双注射泵的两个泵腔之间。该Chandler Quizix QX双 注射泵通过软管连接到配备有双45°斜涡轮叶片、冷却盘管、分隔的气体和浆料进料口和 卸料汲取管的Parr 4575反应器。出口阀插入该Chandler Quizix QX双注射泵的两个泵 腔和Parr反应器之间。
[0220] 在Parr反应器中加入温度为20°C的氢气以达到48. 3巴的压力。将该Parr反应 器加热到相当于反应温度的90%的温度，开始将连续的氢气流加入该Parr反应器中。通过 与Parr反应器连接的压力传感器（Ashcroft型62)测定压力。
[0221] 通过以使含有木质素的浆料连续通入Parr反应器的方式开启和闭合该入口阀和 出口阀，将含有木质素的衆料从混合罐通过该Chandler Quizix QX双注射泵通入Parr反 应器。
[0222] 依照所述程序进行实验。实验参数报道在表1中。
[0223] 表1 :实验参数
【主权项】
1. 一种通过利用泵对含有木质素的浆料进行加压以将含有木质素的浆料引入木质素 转化反应器中的方法，所述泵具有入口阀、出口阀以及泵腔，所述入口阀能够处于选自由开 启、关闭和至少部分开启构成的组的入口阀位置；所述出口阀能够处于选自由开启、关闭和 至少部分开启构成的组的出口阀位置； 所述加压步骤包括： A. 使含有木质素的浆料通过处于选自由至少部分开启和开启构成的组的入口阀位置 的入口阀进入泵腔，使所述出口阀处于关闭的出口阀位置，并使所述泵腔处于入口泵腔压 力； B. 将入口阀位置改变为关闭； C?将泵腔压力提高到卸料压力； D.通过将出口阀位置改变为选自由至少部分开启和开启构成的组的位置并驱使所述 含有木质素的浆料的至少一部分通过所述出口阀，将含有木质素的浆料的至少一部分从所 述泵腔卸料到木质素转化反应器中； 其中所述入口阀和出口阀都提供了含有木质素的浆料的不受限制且不受阻拦的流。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述泵腔包括： 活塞和活塞室，所述活塞密封于所述活塞室内且抵靠于所述活塞室以形成所述泵腔； 且其中步骤A进一步包括使所述活塞在活塞室中后退至少一部分； 且其中步骤C包括对活塞室中的活塞施加力直至所述含有木质素的浆料的压力达到 所述卸料压力； 且其中步骤D包括驱使所述活塞进一步深入活塞室以降低泵腔的体积并推动含有木 质素的浆料的至少一部分使其通过所述出口阀。
3.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其中存在有至少两个并联配置的泵。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述入口阀和出口阀是同一个阀。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中最终将含有木质素的浆料的至少一部 分在木质素转化压力下引入木质素转化反应器中，且所述木质素转化压力低于所述卸料压 力。
6. 如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述卸料压力选自这样的范围，该范围 选自由80-245巴、80-210巴、90-210巴和90-175巴构成的组。
7.如权利要求3-6中任一项所述的方法，其中所述至少两个并联配置的泵共用同一个 入口阀。
8. 如权利要求3-7中任一项所述的方法，其中所述至少两个并联配置的泵共用同一个 出口阀。
9.如权利要求3-8中任一项所述的方法，其中所述至少两个并联配置的泵共用同一个 入口阀和同一个出口阀。
10. 如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中在进入所述泵腔之前，所述含有木质素 的浆料的木质素经过蒸汽爆破。
11. 如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中所述含有木质素的浆料的木质素暴露 于能够将葡萄糖转化为第一有机化合物或将木糖转化为第二有机化合物的酶中。
12.如权利要求1-11中任一项所述的方法，其中进入木质素转化反应器中的浆料流是 连续的。
13. 如权利要求1-12中任一项所述的方法，其中在出口阀和木质素转化反应器之间存 在有多个另外的阀。
14. 如权利要求1-13中任一项所述的方法，其中所述入口阀是全通径球阀。
15. 如权利要求1-13中任一项所述的方法，其中所述出口阀是全通径球阀。
16. 如权利要求1-13中任一项所述的方法，其中所述入口阀和出口阀都是全通径球 阀。
17. 如权利要求1-16中任一项所述的方法，其中所述方法在浆料流路中不含止回阀。
18. 如权利要求1所述的方法，其中所述泵是注射泵。
19. 如权利要求1所述的方法，其中所述泵是离心泵。
【专利摘要】一种通过利用泵对含有木质素的浆料进行加压以将含有木质素的浆料引入木质素转化反应器中的方法，所述泵具有入口阀、出口阀以及泵腔，所述入口阀能够处于选自由开启、关闭和至少部分开启构成的组的入口阀位置；所述出口阀能够处于选自由开启、关闭和至少部分开启构成的组的出口阀位置。所述加压步骤包括：使含有木质素的浆料通过处于选自由至少部分开启和开启构成的组的入口阀位置的入口阀进入泵腔，使所述出口阀处于关闭的出口阀位置，并使所述泵腔处于入口泵腔压力；将入口阀位置改变为关闭；将泵腔压力提高到卸料压力；通过将出口阀位置改变为选自由至少部分开启和开启构成的组的位置并驱使所述含有木质素的浆料的至少一部分通过所述出口阀，将含有木质素的浆料的至少一部分从所述泵腔卸料到木质素转化反应器中；其中所述入口阀和出口阀都提供了含有木质素的浆料的不受限制且不受阻拦的流。
【IPC分类】F04B15-02
【公开号】CN104619985
【申请号】CN201380010375
【发明人】丹·加斯塔尔多, 史蒂文·瑞巴, 亚伦·默里, 古利兹·阿尔夫·艾略特
【申请人】拜奥开姆泰克股份公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2013年2月22日
【公告号】CA2864696A1, CA2868744A1, CN104136407A, EP2817278A2, EP2817279A2, EP2817280A2, EP2817281A2, EP2817390A2, EP2817391A2, EP2817515A2, WO2013124456A2, WO2013124456A3, WO2013124457A2, WO2013124457A3, WO2013124458A2, WO2013124458A3, WO2013124459A2, WO2013124459A3, WO2013124460A2, WO2013124460A3, WO2013124461A2, WO2013124461A3, WO2013142006A2, WO2013142006A3...