專利名稱：用于向過程反應(yīng)器進(jìn)給物質(zhì)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明尤其涉及用于進(jìn)給(in-feeding)生物質(zhì)和對生物質(zhì)進(jìn)行脫水的工藝和設(shè)備，以控制生物質(zhì)中的含水量，之后脫水的生物質(zhì)被引入過程反應(yīng)器以便進(jìn)行熱處理然后發(fā)酵。雖然本發(fā)明的說明書集中研究的是生物質(zhì)，但是可設(shè)想本發(fā)明通常應(yīng)用于控制含水量，方式是將進(jìn)給和脫水工藝運(yùn)用到漿液或漿料形式的物料中，該漿液或漿料包含液體和固體物質(zhì)的混合物，所述物料通常是液體中的懸浮物并具有浸泡液(soaked liquid)。
背景技術(shù)：
在由植物生物質(zhì)衍生而來的燃料中，乙醇作為石油衍生產(chǎn)品的潛在的替代物或補(bǔ)充物受到了特別的關(guān)注。從生物質(zhì)中制備乙醇通常是通過富含糖或淀粉的原始生物材料 (如谷物、甘蔗或玉米)的發(fā)酵過程實現(xiàn)的，也被稱為第一代生物乙醇。為了使生產(chǎn)成本減到最低，并提高從生物質(zhì)制備生物乙醇的潛力，至關(guān)重要的是利用來源于園藝、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、木材業(yè)等的廉價副產(chǎn)品形式的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)；因此例如是利用諸如稻草、玉米桿、林地廢棄物、鋸屑和木屑的物料。由這類生物質(zhì)制備的乙醇也被稱為第二代生物乙醇。木質(zhì)纖維素生物質(zhì)包含有半纖維素和纖維素形式的糖聚合物。在那些糖會發(fā)酵成乙醇之前，糖聚合物必須先分解成其糖單體。分解聚合物的常用方法是利用酶水解。為了提高生物質(zhì)對酶的可用性，木質(zhì)纖維素生物質(zhì)通常經(jīng)歷熱/化學(xué)預(yù)處理。在熱化學(xué)的方法處理之后，通常需要這樣的過程，即將生物物質(zhì)的溫度升高至比含有生物物質(zhì)的液體的沸點高的溫度。因此，技術(shù)人員經(jīng)常面臨的問題是對含有生物物質(zhì)的漿液或漿料增壓，以便能夠?qū)囟壬咧粮哂谝后w的沸點的溫度，同時保持流體處于液態(tài)。這種過程通常在容器(諸如反應(yīng)器腔室)中進(jìn)行，在許多實際的實例中，容器中的溫度和壓力相對于大氣條件升高，而原始生物材料是在大氣條件下貯存于存貯器中并從存貯器中取出。這易于造成與之有關(guān)的安全風(fēng)險和其它問題，因為反應(yīng)器中升高的壓力將會推動物料在設(shè)備中逆流，并且在一些情況下，可能會發(fā)生從反應(yīng)器排出的非常熱的蒸汽、氨水或者一般化學(xué)品以及其它氣體混合物的所謂反閃(back flash)以及在生物乙醇制備系統(tǒng)中的逆流。這種反閃可能導(dǎo)致例如系統(tǒng)的故障和破壞，而且在一些情況下會給操作系統(tǒng)的人帶來危險。因此存在允許生物材料進(jìn)給到反應(yīng)器中的同時防止發(fā)生反閃的問題。在另一方面，一個有效的制備系統(tǒng)可能要求反應(yīng)器中的過程連續(xù)不斷地進(jìn)行，并且在這些方面，存在關(guān)于進(jìn)給需要是連續(xù)的另一問題。已經(jīng)提出解決這個問題的一些建議。例如，美國專利4，270，976建議使用料塞螺旋進(jìn)料器將漿料向反應(yīng)器輸送。該螺旋進(jìn)料器構(gòu)造成在朝向反應(yīng)器的入口輸送漿料的過程中對漿料脫水和壓縮，目的是為了產(chǎn)生意在形成反應(yīng)器的密封的“生物料塞(bio plug)”。 已證明這一方法沒有補(bǔ)救所述問題，并且迫切需要控制所引入的生物質(zhì)的含水量、種類、粉碎情況、數(shù)量、顆粒尺寸和分布以及進(jìn)給速率的組合以獲得所述料塞。自然地，原材料的組成在廣泛的界限內(nèi)變化，所以最終結(jié)果是安全問題沒有得到解決，并且由于所形成的料塞不能總是提供緊密的密封，所以該方法不是很有效。為了提高生物料塞方法的可行性，已經(jīng)采用了不同的水力措施。例如在WO 0007806中，這種水力措施包括使螺旋進(jìn)料器往復(fù)運(yùn)動來實現(xiàn)生物料塞的進(jìn)一步壓縮，或者包括位于螺旋進(jìn)料器的末端的閥門，該閥門可以封閉反應(yīng)器的入口。EP1775376公開了一種將木屑制成木纖維的設(shè)備，方式是通過搗固螺絲(tamping screw)供應(yīng)木屑，包括測量離開螺絲的木屑料塞的導(dǎo)電性、以及將結(jié)果作為控制參數(shù)來控制木屑和/或纖維的順流處理。因此，至今還沒有有效地克服從反應(yīng)器到系統(tǒng)的反閃問題，因此本發(fā)明尋找至少減少與此有關(guān)的一些問題。因此，一種改進(jìn)的進(jìn)給設(shè)備將具有優(yōu)勢，該設(shè)備安全地避免了處理后的物料的反閃和逆流，同時實現(xiàn)了連續(xù)的進(jìn)給。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明優(yōu)選地尋求單獨(dú)或以組合方式來減少、緩和或消除一個或多個上述缺點。特別地，提供一種具有在脫水后的生物質(zhì)被引入到過程反應(yīng)器中之前對生物質(zhì)進(jìn)行進(jìn)給和脫水的功能的設(shè)備可視為本發(fā)明的一個目的。在該設(shè)備中，這些過程(例如進(jìn)給和脫水)在一高于或等于反應(yīng)器內(nèi)部壓力的壓力下進(jìn)行。本發(fā)明的進(jìn)一步目的是通過提供一種以連續(xù)方式進(jìn)行進(jìn)給的進(jìn)給設(shè)備而提供對現(xiàn)有技術(shù)的有利替代。本發(fā)明涉及一種設(shè)備，該設(shè)備可以是工廠中用于制備生物乙醇的預(yù)處理系統(tǒng)的一部分。該設(shè)備具有對生物質(zhì)進(jìn)行進(jìn)給和脫水的功能，從而在脫水后的生物質(zhì)被引入到過程反應(yīng)器(如氣化反應(yīng)器)中之前控制生物質(zhì)中的含水量。進(jìn)給和脫水工藝在一高于或等于反應(yīng)器內(nèi)部壓力的壓力下進(jìn)行，因此解決了反閃問題，并且提供了現(xiàn)有技術(shù)中所涉及的“生物料塞”的替代。將進(jìn)給設(shè)備內(nèi)部的壓力維持在一高于或等于反應(yīng)器內(nèi)部壓力的壓力下具有如下優(yōu)點產(chǎn)生由壓力差引起的反應(yīng)器的流體緊密密封、避免任何反閃以及物料逆流到生物乙醇制備系統(tǒng)中。與現(xiàn)有技術(shù)中所涉及的“生物料塞”系統(tǒng)相比，主要差異是本發(fā)明提供一種簡單的安全系統(tǒng)，該系統(tǒng)在物理上防止了蒸汽的反閃。進(jìn)給設(shè)備的增壓的另外一個優(yōu)點是通過例如不再需要閘門系統(tǒng)而促進(jìn)連續(xù)供料。該設(shè)備的甚至另外一個優(yōu)點是進(jìn)給的生物質(zhì)可為反應(yīng)器提供一個熱屏障，例如一個沼氣廠的熱預(yù)處理。該設(shè)備可通過一預(yù)處理系統(tǒng)接收預(yù)先縮減為漿料或漿液的生物質(zhì)，該預(yù)處理系統(tǒng)包括用于粉碎、浸泡生物質(zhì)(即產(chǎn)生漿料)的裝置。粉碎用在本文是指縮減成小片或顆粒的過程。漿料用在本文是指物料纖維和流體(通常是水)的混合物。漿液用在本文是指通常在水中不溶顆粒的懸浮液。雖然本發(fā)明的說明書集中在生物質(zhì)上，但是可設(shè)想本發(fā)明通常應(yīng)用于控制含水量，方式是將進(jìn)給和脫水工藝運(yùn)用到漿液或漿料形式的物料中，該漿液或漿料包含液體和固體物質(zhì)的混合物，所述物料通常是液體中的懸浮物并具有浸泡液。
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在第一方面，實現(xiàn)本發(fā)明的以上目的和其它目的的方式是，提供一種用于將液體中所包含的物料供應(yīng)到反應(yīng)器中的進(jìn)給設(shè)備，所述進(jìn)給設(shè)備包括i)容器，其包括將所述物料引入到容器中的物料進(jìn)口和將所述物料供應(yīng)到反應(yīng)器中的物料出口 ；ii)增壓裝置， 用于對物料增壓，使得所述物料位于容器內(nèi)時被增壓；iii)輸送裝置，用于將物料從物料進(jìn)口輸送到物料出口，以將所述物料供應(yīng)到反應(yīng)器中；iv)至少一個液體出口，用于將液體排出容器，其中，增壓裝置打算或適于在容器內(nèi)提供一高于或至少等于反應(yīng)器內(nèi)部壓力的壓力。進(jìn)給在本文定義為將物料供應(yīng)給機(jī)器以進(jìn)一步加工的動作或過程，主要包括物料的輸送以及物料的部分加工，例如減少其液體含量。物料的輸送可通過主動或被動輸送裝置來進(jìn)行。在一些實施方式中，物料的輸送可通過被動輸送裝置來進(jìn)行，使得由容器的負(fù)傾斜來提供輸送。在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備相對于物料進(jìn)口和物料出口之間的物料流向而以一定的負(fù)傾斜角度定位。負(fù)傾斜有利于物料憑借重力從物料進(jìn)口向物料出口流動。在另一實施方式中，物料的輸送可通過主動輸送裝置(如傳送螺桿)來進(jìn)行。傳送螺桿可由變速發(fā)機(jī)提供動力，并且傳送螺桿通過沿其軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動而提供物料向物料出口的有力輸送。在一些實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的進(jìn)給設(shè)備的輸送裝置適于提供以恒定速率輸送所述物料。在另一實施方式中，根據(jù)其發(fā)明的進(jìn)給設(shè)備的輸送裝置是或者包括螺桿泵 (progressive cavity pump)。螺桿泵的使用可為設(shè)備提供優(yōu)勢，因為對供應(yīng)物料的預(yù)熱可在將浸泡水從物料中擠出之后在進(jìn)給設(shè)備中進(jìn)行。由于進(jìn)給設(shè)備可處于高于大氣壓力的壓力下，所以可使用過熱水(即加熱到比其沸點高的溫度(例如140°C)的水)來實現(xiàn)這種預(yù)熱。過熱水可利用將會浪費(fèi)的熱量來產(chǎn)生，例如采用生物乙醇生產(chǎn)車間下游的放熱水解過程產(chǎn)生的熱量。在根據(jù)本發(fā)明的一些優(yōu)選實施方式中，輸送裝置是或者包括脫水裝置，如螺桿擠出機(jī)。在這種情況下，物料的輸送和脫水例如由螺桿擠出機(jī)同時進(jìn)行。螺桿擠出機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)減少了物料的液體含量，同時將物料向物料出口輸送。在另一實施方式中，輸送和脫水是分開的，分別由兩種不同的裝置進(jìn)行，例如分別是在物料進(jìn)口之后將液體從物料中壓縮和擠出的螺桿擠出機(jī)和將脫水后物料向物料出口輸送的傳送螺桿。 在其他實施方式中，根據(jù)發(fā)明的第一個方面的進(jìn)給設(shè)備還包括位于所述容器內(nèi)部的用于對待供應(yīng)到所述反應(yīng)器中的物料進(jìn)行脫水的裝置。如上所述，輸入物料的脫水可與其輸送同時進(jìn)行或分別進(jìn)行。用于脫水的裝置是或者包括例如旋轉(zhuǎn)蝸桿傳送器。旋轉(zhuǎn)蝸桿傳送器將待脫水的物料壓縮到容器的一個區(qū)域中，在該區(qū)域排出被壓出來的液體。在另一實施方式中，用于脫水的裝置是或者包括往復(fù)活塞。在這個實施方式中，活塞的運(yùn)動是與通過物料進(jìn)口的物料的輸入是同步的。在輸入之后，活塞的往復(fù)運(yùn)動壓縮物料，將水壓出，為接下來引入的物料留出空間。在另一實施方式中，用于脫水的裝置是或者包括脈沖壓縮螺桿。在由螺桿引起的壓縮期間，脈沖運(yùn)動的結(jié)合對物料提供更有效的脫水，這利用了一個不太難的壓縮之后再進(jìn)行一個難的壓縮時獲得的效果。在其它實施方式中，脫水可通過濾帶式傳送器進(jìn)行，其中，帶的兩個相對側(cè)之間的壓力差允許物料的留在帶上的固體內(nèi)容物和物料中所含有的且在過濾器的另一側(cè)上收集的液體之間的分離。脫水的另一實例還可以是旋轉(zhuǎn)分離器，例如，離心機(jī)。通常，脫水裝置降低了溶劑含量，例如所述物料的含水量降到60% )，更優(yōu)選地降到40 %，甚至更優(yōu)選地降到10 %。用在本文的含水量是以重量百分比定義的，或簡單寫成wt%，是水的重量相對物料的重量，即，wt/Wt%。例如60%含水量意味著物料的60%是水，另外40%是干物質(zhì)。在其它實施方式中，脫水裝置降低了溶劑含量，例如將物料的含水量降到90% (wt% )，更優(yōu)選地降到85%，甚至更優(yōu)選地降到80%。更高的水分含量在特殊應(yīng)用方面可能是有利的，例如對于氣化反應(yīng)器的進(jìn)料。該設(shè)備還可以對于干固體含量在0到100%之間的物料運(yùn)轉(zhuǎn)。干物質(zhì)可能是溶解的或不溶解的，即溶劑中的懸浮物，例如懸浮在油中的纖維。在進(jìn)一步的實施方式中，根據(jù)發(fā)明的進(jìn)給設(shè)備可優(yōu)選地包括多個穿孔和通道裝置，其中所述穿孔沿著所述容器的內(nèi)壁，而所述通道裝置將所述穿孔連接至液體的所述出口。這些穿孔可具有不同的形狀和大小，并形成一個物料不能透過的格柵，該格柵允許水?dāng)U散到外部而物料保留在容器內(nèi)部。在一些實施方式中，根據(jù)發(fā)明的進(jìn)給設(shè)備可優(yōu)選地包括再循環(huán)回路，使得通過液體的所述出口排出的液體在物料的進(jìn)給預(yù)處理時再利用。生物燃料的制備中產(chǎn)生的所有流體的再循環(huán)與再利用十分重要，以便使生物乙醇的量最大化和工藝用水的處理最小化。再循環(huán)回路的存在允許排出液體(如水)再進(jìn)入工藝，因為排出液體可以作為物料進(jìn)入進(jìn)給設(shè)備之前首次處理時的浸泡水。在其它實施方式中，根據(jù)發(fā)明的進(jìn)給設(shè)備還包括用于維持排出液體的壓力高于大氣壓力的裝置。高壓排出液體的優(yōu)點是在再進(jìn)入到生產(chǎn)過程之前可用來液體的提純。例如，高壓可用作利用膜(例如超濾膜或反滲透膜)將溶質(zhì)從溶液中分離出來的驅(qū)動力，所述膜將溶質(zhì)留在一側(cè)，而允許純液體通過到達(dá)另一側(cè)，使液體足夠純以在生產(chǎn)過程中再利用。在其它實施方式中，根據(jù)發(fā)明的進(jìn)給設(shè)備還包括過濾裝置，該過濾裝置用于例如在排出液體進(jìn)入再循環(huán)回路之前減少排出液體中的不希望的內(nèi)容物。過濾裝置在本文定義為有效過濾裝置，分別由壓力驅(qū)動(例如，反滲透膜)、由重力驅(qū)動(例如，具有不同網(wǎng)孔尺寸的濾網(wǎng))或化學(xué)誘導(dǎo)(例如離子交換樹脂)。不希望的內(nèi)容物在本文定義為一類物質(zhì)或元素，如金屬離子，像Na+或K+，這些可能會抑制物料的進(jìn)一步處理，如水解或發(fā)酵。因此，在進(jìn)入再循環(huán)回路之前減少排出液體中不希望的內(nèi)容物具有通過提高處理效率而使生物乙醇產(chǎn)量最大化的優(yōu)點。
在更進(jìn)一步的實施方式中，根據(jù)第一方面的進(jìn)給設(shè)備還包括用于將液體引入到容器中的至少一個液體進(jìn)口。這樣的液體進(jìn)口的存在允許很好地控制被弓丨入到設(shè)備中的物料的液體含量。例如，在由于所引入物料的獨(dú)特性質(zhì)而發(fā)生過量脫水的情況下，可以設(shè)想規(guī)律地引入液體(如新鮮水)。這一特征也允許引入沖洗/洗滌液體，以用于洗滌物料中的不希望的內(nèi)容物，或者用于在維修操作時沖洗系統(tǒng)。例如，不希望的內(nèi)容物可能是鹽、硅酸鹽或可能存在于生物質(zhì)中的其它礦物質(zhì)。這些內(nèi)容物可能引起系統(tǒng)內(nèi)反應(yīng)器的腐蝕，以及可能形成沉淀或沿著系統(tǒng)阻塞過濾器或蒸餾塔。引入沖洗/洗滌液體的優(yōu)點是在從系統(tǒng)中除去大部分浸泡水之后，允許對物料(如生物質(zhì))進(jìn)行沖洗/洗滌操作，從而從生物質(zhì)中除去所有不希望的內(nèi)容物。洗滌操作的存在在設(shè)備的特殊應(yīng)用方面(如洗滌待供應(yīng)到燃燒發(fā)電廠的稻草)可能是有利的。在一個實施方式中，根據(jù)發(fā)明的進(jìn)給設(shè)備還包括監(jiān)測裝置，該監(jiān)測裝置用于監(jiān)測待供應(yīng)到反應(yīng)器中的物料的濕度。監(jiān)測裝置例如是位于容器內(nèi)部的電子濕度傳感器，該電子濕度傳感器一旦與物料接觸就提供關(guān)于物料中含水量的信息。在另一個實施方式中，根據(jù)發(fā)明的進(jìn)給設(shè)備還包括自動化裝置，該自動化裝置用于對所述監(jiān)測裝置的輸出做出響應(yīng)，以便控制通過所述液體進(jìn)口進(jìn)入的液體的量和通過所述液體出口排出的液體的量。例如，由容器內(nèi)部的濕度傳感器檢測到的低濕度條件通過經(jīng)容器傳輸數(shù)據(jù)而觸發(fā)響應(yīng)，這允許通過液體進(jìn)口引入液體。一旦達(dá)到要求的濕度條件并被傳感器檢測到，就觸發(fā)相應(yīng)的響應(yīng)并停止引入液體。在根據(jù)發(fā)明的另一實施方式中，增壓裝置是或者包括至少一臺泵。容器內(nèi)部的壓力可由一臺或多臺泵提供。例如，壓力可由泵(例如活塞泵或離心泵)提供，所述泵驅(qū)使物料從物料進(jìn)口進(jìn)入容器，這里稱為物料進(jìn)口泵。容器內(nèi)部的壓力也可由單獨(dú)的氣體壓力裝置提供，例如，用于提供大氣壓力的空氣壓縮機(jī)。為容器提供一高于反應(yīng)器內(nèi)部壓力的壓力，還具有為反應(yīng)器提供下游且更有效的熱隔離的優(yōu)點。在其他實施方式中，根據(jù)發(fā)明的進(jìn)給設(shè)備包括所述進(jìn)給設(shè)備的外殼。這個外殼在避免任何反閃和物料逆流至生物乙醇制備系統(tǒng)方面可提供額外的保障。在其他實施方式中，增壓裝置是或者包括至少一臺泵，所述泵在所述外殼內(nèi)部提供一高于或至少等于反應(yīng)器內(nèi)部壓力的壓力。反應(yīng)器和進(jìn)給設(shè)備之間的壓力差也由一臺泵維持，如空氣壓縮機(jī)，其保持進(jìn)給設(shè)備的外殼的壓力高于或至少等于反應(yīng)器內(nèi)部壓力，從而提供反應(yīng)器的流體緊密密封。在一些實施方式中，增壓裝置是或者包括至少一臺泵，所述泵在所述容器內(nèi)提供一高于或至少等于反應(yīng)器內(nèi)部壓力的壓力。容器內(nèi)部壓力可由物料進(jìn)口泵和/或一臺或多臺二級泵提供。在進(jìn)一步的實施方式中，增壓裝置包括提供所述容器內(nèi)部的壓力高于或至少等于反應(yīng)器內(nèi)部壓力的至少一臺泵以及提供所述外殼內(nèi)部的壓力高于或至少等于反應(yīng)器內(nèi)部壓力的至少一臺泵。進(jìn)給設(shè)備和反應(yīng)器之間的主要壓力差可由提供容器內(nèi)部的壓力的增壓裝置提供，而保持外殼的壓力高于或等于反應(yīng)器內(nèi)部壓力可在避免反閃方面提供輔助的保證。在進(jìn)一步的實施方式中，進(jìn)給設(shè)備的物料進(jìn)口包括閥門，如止回閥。閥門的存在允許控制設(shè)備內(nèi)部的壓力。設(shè)備內(nèi)部的生物質(zhì)的增壓也可通過形成例如生物料塞而部分地由脫水裝置提供。因此，脫水過程可有助于待供應(yīng)到反應(yīng)器中的生物質(zhì)的增壓。在一些實施方式中，根據(jù)發(fā)明的進(jìn)給設(shè)備包括用于向脫水后的物料中添加化學(xué)劑的裝置。在其它實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)給設(shè)備進(jìn)一步包括用于添加化學(xué)劑的裝置， 使得這種添加對物料的酸度提供變化。在第二方面，實現(xiàn)本發(fā)明的以上目的和其它目的的方式是，提供一種從生物質(zhì)制備生物產(chǎn)品的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括i)預(yù)處理子系統(tǒng)，用于收集、輸送、縮減為漿料、粉碎和供應(yīng)物料到進(jìn)給設(shè)備；ii)根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項的所述進(jìn)給設(shè)備；iii)反應(yīng)器，用于改變所述物料的化學(xué)和/或物理結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明第二方面的一個實施方式是用于制備生物乙醇的系統(tǒng)。在第三方面，通過一種用于減少待供應(yīng)到反應(yīng)器中的物料的含水量的方法來實現(xiàn)本發(fā)明的以上目的和其它目的，所述方法利用根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項的進(jìn)給設(shè)備。在第四方面，通過一種向反應(yīng)器中連續(xù)供應(yīng)物料的方法來實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的和其它目的，所述方法利用根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項的進(jìn)給設(shè)備。本發(fā)明的第一、第二、第三和第四方面均可以與任一其他方面相互組合。本發(fā)明的這些方面和其它方面將參考下文描述的實施方式顯而易見并進(jìn)行闡述。在本文中，以技術(shù)人員常見的方式使用大量術(shù)語。然而，為了詳細(xì)說明一些術(shù)語中所包含的特征，下面給出一些術(shù)語的一般定義。


現(xiàn)在參照附圖更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的用于向過程反應(yīng)器進(jìn)給物質(zhì)的方法和設(shè)備。附圖示出了實施本發(fā)明的一種方式，但不應(yīng)被解釋為限制落在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的其它可能的實施方式。圖1示出生物質(zhì)預(yù)處理系統(tǒng)的方塊圖，該生物質(zhì)預(yù)處理系統(tǒng)包括預(yù)處理子系統(tǒng)和向過程反應(yīng)器進(jìn)給的子系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明，示出的是該進(jìn)給的子系統(tǒng)具有增壓、脫水和進(jìn)料的功能。圖2示出生物質(zhì)預(yù)處理系統(tǒng)的示意圖，根據(jù)本發(fā)明，該系統(tǒng)包括用于向過程反應(yīng)器進(jìn)給物質(zhì)的設(shè)備。圖3詳細(xì)示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的進(jìn)給設(shè)備的橫截面。圖4示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的各個部件。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式的橫截面視圖，其中物料的輸送是通過一個螺桿泵進(jìn)行的。圖6示出根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的進(jìn)給設(shè)備的橫截面。
圖6a示出經(jīng)過根據(jù)圖6所示的本發(fā)明實施方式的進(jìn)給設(shè)備的漿料的流動情況。
具體實施例方式圖1示出生物質(zhì)預(yù)處理系統(tǒng)100的方塊圖，該預(yù)處理系統(tǒng)具有兩個主要的子系統(tǒng)， 即預(yù)處理子系統(tǒng)101和向過程反應(yīng)器進(jìn)給的子系統(tǒng)102。預(yù)處理子系統(tǒng)101包括用于接收干燥的生物質(zhì)的裝置、所述生物質(zhì)的浸泡和粉碎裝置(即制得漿料)、以及用于輸送所述漿料的泵送裝置。根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)給設(shè)備102包括用于維持一高于大氣壓力的壓力的增壓裝置、用于減少所述漿料的含水量的脫水裝置、以及將所述漿料供應(yīng)到過程反應(yīng)器中的輸送
直ο在圖2中，就各個部件而言，更詳盡地公開了生物質(zhì)預(yù)處理系統(tǒng)的示意圖，該生物質(zhì)預(yù)處理系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的用于向過程反應(yīng)器進(jìn)給物質(zhì)的設(shè)備。在預(yù)處理子系統(tǒng)101 中，例如通過傳送裝置201收集和輸送生物質(zhì)，然后將生物質(zhì)引入到浸泡槽202中。在浸泡槽中，水和生物質(zhì)(例如稻草)通過裝置(例如渦流機(jī)203)混合，并縮減為漿料。切割器 204 (如旋轉(zhuǎn)圓盤)把漿料粉碎，并且泵205 (如活塞泵)將漿料驅(qū)動到進(jìn)給設(shè)備102中。進(jìn)給設(shè)備102包括漿料的進(jìn)口和脫水區(qū)1、用液體稀釋/添加/洗滌漿料的洗滌區(qū)2、加壓區(qū) 3、減壓和輸送區(qū)4、以及向過程反應(yīng)器進(jìn)給經(jīng)脫水和洗滌的漿料的進(jìn)給區(qū)5。在進(jìn)給設(shè)備102中，通過管道206引入漿料之后，在脫水區(qū)1中通過脫水裝置 207(例如擠壓螺桿)進(jìn)行脫水。從漿料中擠出的浸泡水通過管道208收集，并且可變成水再循環(huán)回路的一部分并通過閥門209和管道210作為浸泡水再利用。脫水裝置207對漿料脫水然后將漿料輸送到洗滌區(qū)2，在洗滌區(qū)，通過管道211引入洗滌液體(如水)，并通過閥門212調(diào)節(jié)該洗滌液體。在加壓區(qū)3中，從漿料中進(jìn)一步擠出的洗滌液體通過管道213收集。在所述液體是水的情況下，水連同浸泡水一起被收集再利用。浸泡水以及洗滌水在高壓下被排出，在再利用之前可通過過濾裝置進(jìn)一步處理，以減少其固體量或含鹽量。在過程反應(yīng)器215之前，漿料從加壓區(qū)3通過輸送裝置214(如輸送螺桿)經(jīng)由減壓和輸送區(qū)4輸送到進(jìn)給區(qū)5。在附圖所示出的實施方式中，進(jìn)給設(shè)備102的處理壓力由增壓裝置216(例如空氣壓縮機(jī))確定，該增壓裝置向進(jìn)給設(shè)備102的外殼(未示出)施加壓力。然而，可省去增壓裝置216，而由將漿料輸送到進(jìn)給設(shè)備102中的泵205實現(xiàn)增壓。由反應(yīng)器上游的增壓裝置216或泵205產(chǎn)生的高壓的存在，阻礙了從反應(yīng)器中排出的非常熱的蒸汽、氨水或者一般化學(xué)品以及其它氣體的反閃和在系統(tǒng)中的逆流。通過調(diào)節(jié)進(jìn)給設(shè)備中的壓力，可以避免進(jìn)給設(shè)備和反應(yīng)器之間的壓力差，這種壓力差一般會引起所述反閃。圖3詳細(xì)示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的進(jìn)給設(shè)備102的橫截面。該進(jìn)給設(shè)備包括容器301，如管殼式容器，該容器包括漿料的進(jìn)口和脫水區(qū)1、用液體稀釋/添加/洗滌漿料的洗滌區(qū)2、加壓區(qū)3、輸送區(qū)4、以及向過程反應(yīng)器進(jìn)給經(jīng)洗滌和壓縮的漿料的進(jìn)給區(qū)5。漿料通過管道302被引入脫水區(qū)1，并通過由變速電機(jī)304提供動力的螺桿式脫水裝置303脫水。一般而言，螺桿式脫水裝置303布置成通常在軸向方向上遠(yuǎn)離管道302并朝向洗滌區(qū)2輸送大量的物料。從漿料中擠出的浸泡水通過管道305排出并提供高壓下的水源，該水源例如在過濾之后可作為第一處理步驟中的浸泡水再利用。由螺桿303攜帶的經(jīng)脫水的漿料可在洗滌區(qū)2中用洗滌液體(如清水)清洗。通過控制經(jīng)管道306添加的清水可調(diào)節(jié)漿料的含水量。螺桿式脫水裝置303提供漿料和洗滌液體的有效混合。所添加的水在加壓區(qū)3中被進(jìn)一步擠出，并通過穿孔307排出，以便收集再利用。通常漿料進(jìn)入管道 302時的干物質(zhì)含量為6%，在加壓區(qū)3中其干含量可提高至25%到60%。在加壓區(qū)3之后，通過減壓和輸送區(qū)4中的傳送螺桿308，使經(jīng)干壓的(dry-pressed)漿料減壓并疏松成小的漿料纖維。傳送螺桿308由變速電機(jī)309提供動力，并將疏松的漿料輸送到進(jìn)料區(qū)5 中，漿料在進(jìn)料區(qū)被供應(yīng)至過程反應(yīng)器(未示出)。參照圖3，可以將液態(tài)或氣態(tài)化學(xué)物質(zhì)(如過氧化氫)可選性地通過管道310引入減壓和輸送區(qū)或者通過管道311引至進(jìn)給區(qū)。進(jìn)給設(shè)備102的增壓可由通過管道302將漿料壓至進(jìn)給設(shè)備中的泵(未示出)實現(xiàn)。增壓也可通過管道312由一臺或多臺二級泵(未示出)提供。整個進(jìn)給設(shè)備102可通過增壓裝置增壓至一高于或等于反應(yīng)器內(nèi)部壓力的壓力，所述增壓裝置保持進(jìn)給設(shè)備102 的外殼(未示出)內(nèi)部的壓力。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的各個部件的橫截面圖，這些部件包括浸泡槽202、切割器204、活塞泵205、活塞泵205與進(jìn)給設(shè)備102之間的連接管217、以及過程反應(yīng)器215。在該實施方式中，進(jìn)給設(shè)備的容器301示出為分成4各區(qū)段，這些區(qū)段可以等同于與脫水和洗滌區(qū)401、加壓區(qū)402、減壓和輸送區(qū)403、以及進(jìn)給區(qū)404相對應(yīng)的區(qū)段。參照圖4，作為一個可選實施方式，進(jìn)給設(shè)備包括位于一個單一容器內(nèi)的所有上述各個區(qū)，而非如圖4中所示單獨(dú)連接的各個容器。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施方式的橫截面圖，其中，物料的輸送由螺桿泵實現(xiàn)。在圖5所示的實施方式中，泵送部件包括一個單螺旋轉(zhuǎn)子502和一個雙螺旋定子 501。單螺旋轉(zhuǎn)子502可以由金屬材料制成，而定子是501可以由彈性聚合物材料(例如彈性體)制成。由于轉(zhuǎn)子502和定子501的特殊剖面，沿著轉(zhuǎn)子的軸線形成有一條處于靜態(tài)或動態(tài)條件下的密封線。當(dāng)轉(zhuǎn)子502在定子501內(nèi)轉(zhuǎn)動時，空腔504從物料進(jìn)口 503朝向物料出口行進(jìn)，攜帶著物料經(jīng)進(jìn)給設(shè)備進(jìn)入過程反應(yīng)器。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的進(jìn)給設(shè)備600的橫截面，其中，物料的輸送由兩個螺桿系統(tǒng)實現(xiàn)。在該實施方式中，殼體609包括漿料的進(jìn)口 601、脫水漿料的出口 608和用于排出漿料中脫出的水的出口 602。漿料通過進(jìn)口 601被引入到裝置600中，經(jīng)過輸送，由螺桿604 進(jìn)行首次脫水。首次脫水主要借助于重力和壓力實現(xiàn)。脫水過程中從漿料中脫出的水經(jīng)過網(wǎng)狀系統(tǒng)603，并通過出口 602排出。正如前面實施方式中所述，排出的水在例如過濾之后可再利用。一般地說，螺桿604布置成用來通常沿著遠(yuǎn)離進(jìn)口 601并朝向脫水區(qū)605的軸向方向輸送大量物料，例如漿料，在脫水區(qū)，漿料在輸送過程中被加壓。通過輸送元件606的漿料隨后與進(jìn)給螺桿607相接觸，該進(jìn)給螺桿布置成用來通常沿著與其中一個螺桿604相反的軸向方向輸送大量物料，如漿料。進(jìn)給螺桿607將經(jīng)脫水的漿料在反應(yīng)器進(jìn)口(未示出)的方向上朝向出口 608輸送。螺桿604和進(jìn)給螺桿607通過它們的旋轉(zhuǎn)(例如齒輪610)提供對漿料的輸送。圖6a示出了經(jīng)過進(jìn)給設(shè)備的漿料的流動情況。漿料沿著箭頭611進(jìn)入設(shè)備600， 經(jīng)由螺桿604沿著箭頭612進(jìn)行輸送和脫水而通過脫水/洗滌區(qū)613，在該區(qū)主要借助于重力和壓力進(jìn)行脫水。漿料移動到第二脫水區(qū)614，在該區(qū)主要借助于壓力進(jìn)行脫水。漿料沿著箭頭615通過進(jìn)給螺桿607供應(yīng)，然后沿著箭頭616朝向設(shè)備的出口 608輸送。漿料從出口 608沿著箭頭617被供應(yīng)到反應(yīng)器。 雖然關(guān)于各具體實施方式
描述了本發(fā)明，但不應(yīng)該被本發(fā)明解釋為以任何方式局限于所提出的實例。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求組來設(shè)定。在權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括”或“包含”不排除其它可能的原件或步驟。并且如“一個”或“一”等含義的提及不應(yīng)被解釋為排除多個。權(quán)利要求中的與附圖中所表示的元件有關(guān)的附圖標(biāo)記不應(yīng)該被解釋為限制本發(fā)明的范圍。此外，不同權(quán)利要求中所提及的個體特征可以有利地結(jié)合起來，并且不同權(quán)利要求中所提及的這些特征不排除不可能或者沒有優(yōu)勢的特征的結(jié)合。
權(quán)利要求
1.一種進(jìn)給設(shè)備，用于將液體中所包含的物料供應(yīng)至反應(yīng)器中，所述物料優(yōu)選為有機(jī)物，所述進(jìn)給設(shè)備包括容器，包括將所述物料引入到容器中的物料進(jìn)口和將所述物料供應(yīng)到反應(yīng)器中的物料出口 ；增壓裝置，用于對物料增壓，使得所述物料在容器內(nèi)時被增壓； 輸送裝置，用于將物料從所述物料進(jìn)口輸送到所述物料出口，以將所述物料供應(yīng)到反應(yīng)器中；至少一個液體出口，用于將液體排出到容器外；位于所述容器內(nèi)部的用于對待供應(yīng)到所述反應(yīng)器中的物料脫水的裝置，其中，所述增壓裝置適于在所述容器內(nèi)部提供一高于或至少等于反應(yīng)器內(nèi)部壓力的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)給設(shè)備，進(jìn)一步包括用于將液體引入到所述容器中的至少一個液體進(jìn)口。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的進(jìn)給設(shè)備，其中，所述增壓裝置是或者包括至少一臺栗。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的進(jìn)給設(shè)備，還包括所述進(jìn)給設(shè)備的外殼。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的進(jìn)給設(shè)備，其中，所述增壓裝置是或者包括提供所述外殼內(nèi)部的壓力高于或至少等于反應(yīng)器內(nèi)部壓力的至少一臺泵。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的進(jìn)給設(shè)備，其中，所述增壓裝置是或者包括提供所述容器內(nèi)部的壓力高于或至少等于反應(yīng)器內(nèi)部壓力的至少一臺泵。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6所述的進(jìn)給設(shè)備，其中，所述增壓裝置包括提供所述容器內(nèi)部的壓力高于或至少等于反應(yīng)器內(nèi)部壓力的至少一臺泵和提供所述外殼內(nèi)部的壓力高于或至少等于反應(yīng)器內(nèi)部壓力的至少一臺泵。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的進(jìn)給設(shè)備，其中，所述增壓裝置是或者包括活塞泵。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的進(jìn)給設(shè)備，其中，所述增壓裝置是或者包括至離心泵。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的進(jìn)給設(shè)備，其中，所述物料進(jìn)口包括閥門，例如止回閥。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的進(jìn)給設(shè)備，其中，所述用于脫水的裝置是或者包括旋轉(zhuǎn)蝸桿傳送器。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的進(jìn)給設(shè)備，其中，所述用于脫水的裝置是或者包括往復(fù)活塞。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的進(jìn)給設(shè)備，其中，所述用于脫水的裝置是或者包括脈沖壓縮螺桿。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的進(jìn)給設(shè)備，其中所述輸送裝置是被動輸送裝置， 使得輸送由所述容器的負(fù)傾斜提供。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至13所述的進(jìn)給設(shè)備，其中，所述輸送裝置是主動輸送裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的進(jìn)給設(shè)備，其中，所述輸送裝置是主動輸送裝置，如傳送螺桿。
17.根據(jù)權(quán)利要求15和16所述的進(jìn)給設(shè)備，其中，所述輸送裝置適于以恒定的速度提供所述物料的輸送。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的進(jìn)給設(shè)備，其中，所述輸送裝置是或者包括螺桿泵。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的進(jìn)給設(shè)備，其中，所述輸送裝置是或者包括脫水裝置，例如螺桿擠出機(jī)。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的進(jìn)給設(shè)備，還包括沿所述容器的內(nèi)壁的多個穿孔和將所述穿孔與所述液體出口連接的通道裝置。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的進(jìn)給設(shè)備，還包括再循環(huán)回路，使得通過所述液體出口排出的液體在物料的預(yù)進(jìn)給處理中再利用。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的進(jìn)給設(shè)備，還包括用于保持排出液體的壓力高于大氣壓力的裝置。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的進(jìn)給設(shè)備，還包括用于減少排出液體中的不期望內(nèi)容物的過濾裝置。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的進(jìn)給設(shè)備，還包括用于監(jiān)測待供應(yīng)到所述反應(yīng)器中的物料的濕度的監(jiān)測裝置。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的進(jìn)給設(shè)備，還包括用于響應(yīng)于所述監(jiān)測裝置的輸出的自動化裝置，以便控制通過所述液體進(jìn)口輸入的液體的量和通過所述液體出口排出的液體的量。
26.根據(jù)權(quán)利要求10至25所述的進(jìn)給設(shè)備，還包括用于向脫水后的物料中添加化學(xué)劑的裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求10至沈所述的進(jìn)給設(shè)備，還包括用于添加化學(xué)劑的裝置，使得這種添加對物料的酸度提供變化。
28.一種用于從生物質(zhì)材料制備生物產(chǎn)品的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括i)預(yù)處理子系統(tǒng)，用于收集、輸送、縮減成漿料、粉碎和將所述生物質(zhì)材料供應(yīng)到進(jìn)給設(shè)備； )根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的進(jìn)給設(shè)備； iii)反應(yīng)器，用于改變所述物料的化學(xué)和/或物理結(jié)構(gòu)。
29.一種根據(jù)權(quán)利要求觀的用于制備生物乙醇的系統(tǒng)。
30.一種用于減少待供應(yīng)到反應(yīng)器中的物料的含水量的方法，所述方法利用根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的進(jìn)給設(shè)備。
31.根據(jù)權(quán)利要求四所述的方法，其中，所述脫水裝置的操作將溶劑含量的減少到60%，更優(yōu)選地減少到40%，甚至更優(yōu)選地減少到10%，溶劑含量例如是所述物料的含水量。
32.根據(jù)權(quán)利要求四所述的方法，其中，所述脫水裝置的操作將溶劑含量減少到75%， 溶劑含量例如是所述物料的含水量。
33.根據(jù)權(quán)利要求四所述的方法，其中，所述脫水裝置的操作將溶劑含量的減少到90%，更優(yōu)選地減少到85%，甚至更優(yōu)選地減少到80%，溶劑含量例如是所述物料的含水量。
34. 一種向反應(yīng)器中連續(xù)供應(yīng)物料的方法，所述方法利用根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的進(jìn)給設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種設(shè)備，該設(shè)備可以是生產(chǎn)燃料的工廠中的預(yù)處理系統(tǒng)(101)的一部分，所述燃料來源于植物生物質(zhì)，如第一代農(nóng)作物，例如谷物、甘蔗和玉米，或第二代農(nóng)作物，例如木質(zhì)纖維素生物質(zhì)。該設(shè)備具有進(jìn)給和脫水生物質(zhì)的功能，以便在將脫水后的生物質(zhì)引入到生產(chǎn)例如生物乙醇的工廠中的過程反應(yīng)器(215)中之前控制生物質(zhì)中的含水量。進(jìn)給和脫水工藝在高于或等于過程反應(yīng)器(215)內(nèi)部壓力的壓力下進(jìn)行，這提供過程反應(yīng)器的流體緊密密封的優(yōu)點，并有利于連續(xù)供給物料。
文檔編號D21C7/06GK102272378SQ201080004126
公開日2011年12月7日 申請日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月13日
發(fā)明者德拉甘·盧基克, 特羅爾斯·希爾斯特羅姆, 芬恩·貝爾德林 申請人:拜格索Ipr有限公司