CN102325890A - 用于运输纤维素原料的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于制备纤维素原料的方法和装置。该方法的具体实施方案包括，将该纤维素原料送出容器(如收集槽)的至少一个出口，并获得至少两个纤维素原料流，其中每个流可进料至不同的水解反应器。该装置的具体实施方案包括，使该纤维素原料下行地通过该容器，并沿着两个不同的侧向方向从该容器取出该原料。

Description

用于运输纤维素原料的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于获得并运输纤维素原料的方法和装置，该纤维素原料可用于由该纤维素原料中的纤维素和半纤维素后续制备可发酵的糖流，其中该可发酵的糖流可用于后续制备乙醇。更特别地，本发明涉及用于从收集槽取出一个或多个原料流的方法和装置。
背景技术
几种用于制备乙醇的方法是已知的。通常，燃料乙醇的制备涉及用酵母来发酵糖。一般而言，该糖源自谷粒，例如玉米和小麦。该谷粒中的淀粉经酶促水解以生成糖，该糖随后经发酵以生成乙醇。
植物材料是可发酵的糖(如可转变成生物燃料的葡萄糖)的重要来源。然而，植物材料中的糖包含于纤维素和半纤维素的长的聚合物链中。利用目前的发酵过程，需要在发酵步骤之前将这些聚合物链分解成单糖。
近来，已开发出利用纤维素原料(如玉米穗轴、秸秆和锯末)来制备用于乙醇发酵的糖的方法。这些方法通常包括，预处理原料以增加纤维素与水解酶的可及度，并使该纤维素经受纤维素酶体系以使该纤维素转化成葡萄糖。
在现有技术中，已知使植物生物质转化成可发酵的糖的方法，该方法一般包括两个主要步骤：活化植物结构的预处理步骤，以及使纤维素和半纤维素的聚合物链转化为单糖的酶促或化学水解步骤。已将数种手段用于该预处理步骤，例如自动水解、酸水解、氨活化、硫酸盐法制浆(kraft pulping)、有机溶剂制浆、热水预处理、氨渗流、石灰预处理、苛钠制浆或碱过氧化物预处理。早期的预处理步骤包括将原料粉碎或研磨成粉末，随后将该粉末与水混合以形成浆。
最近，基于溶剂的预处理、碱预处理和酸预处理也已有描述。HolmChristensen的PCT公开WO/2007/009463描述了可选的预处理，该预处理并不涉及加入酸、碱或其他化学药品。此预处理方法涉及将纤维素质在水中浸湿，将该纤维素质运输经过经加热并经增压的反应器，以及压榨该纤维素质以制备纤维部分和液体部分。在压榨该纤维素质后，将该纤维素质曝露于水解酶。
每种预处理技术具有作用于植物结构的不同机理，该机理引起物理改性和/或化学改性。然而，该预处理的主要目的是提供植物材料和酶的可及度。
发明内容
水解方法的商业可行性取决于向水解单元提供的原料的特性。一般而言，这要求将原料活化以使得原料中纤维素和半纤维素的显著部分(例如75％以上)可接近水解酶。如果向酶促水解单元提供这种经活化的原料，那么可将至少60％，优选75％以上且更优选90％以上的纤维素和半纤维素转化成单糖。接着，可使此富含糖的工艺流经发酵以制备醇流。来自发酵阶段的醇流(即粗制醇流)可具有约3-22％体积/体积，优选约5-15％并且更优选约8-12％的乙醇含量。
优选地通过自动水解来制备用于酶促水解的经活化的原料，该自动水解优选地在蒸汽爆破反应器中进行，该蒸汽爆破反应器也称作水解器(还称作浸煮器)。自动水解是通过曝露于高温、蒸汽和压力下(有时在加入的化学剂如有机或无机酸(例如硫酸)的存在下)而将半纤维素和纤维素分解的方法。当在加入的酸的存在下进行时，该反应被称作酸水解。
在自动水解过程中，纤维素和半纤维素的聚合度可从大约10,000降低至大约1,500-1,000。此过程优选在木质素的玻璃化转变温度(120-160℃)以上进行。取决于该反应的剧烈程度，可生成降解产物，如糠醛、羟基-甲基糠醛、甲酸、乙酰丙酸和其他有机化合物。
在蒸汽爆破处理(如果并未从外部加入催化剂，则更普遍地称作自动水解)的过程中，纤维素原料在经增压的容器中任选地在合适的化学药品(例如有机和/或无机酸、氨、苛性钠、二氧化硫、溶剂等)的存在下经受升高的热(例如180-220℃)和压力(例如130psig至322psig)。优选地，并不利用从外部加入的化学药品；在此情况下，唯一可能存在的催化剂可能是原位生成的乙酸。随后从经增压的容器中释放出经处理的纤维素原料，从而使得压力迅速(例如1秒或更短)降低。将生物质从该水解器排出至降低的压力下，优选大气压和更优选真空。压力的快速降低造成该生物质分离成单独的纤维或纤维束。此步骤打开纤维的结构并使表面积增加。木质素与纤维束以及残余的半纤维素一同保留在纤维中。因此，与高温高压处理相结合的压力爆发性释放，造成该纤维素原料的物理化学改性，该纤维素原料随后适于进料至酶促水解单元。
为了使该蒸汽爆破过程能够制备经活化的原料(该经活化的原料能够制备这种富含糖的工艺流)，进料到蒸汽爆破反应器的纤维素原料的温度和水分水平优选为相对均匀的，并且优选地具有约50℃至约70℃的温度(更优选地50-65℃)和约30至约60重量％的水分含量(优选地45至约55重量％)。水分含量是包含于材料中的水量，且基于重量，它是材料中水的重量除以该材料的质量。
优选进料至自动水解单元的原料中的纤维具有相对均匀的温度分布。例如，优选材料块体的核心所具有的温度在该材料的外表面温度的80％以内，更优选地在90％以内，最优选地在95％以内。因此，例如，如果该材料外表面温度为50至70℃，则该材料的核心温度优选地为45至63℃。
可选地或另外地，优选进料至自动水解单元的原料中的纤维具有相对均匀的水分分布。例如，优选材料块体的核心所具有的水分含量在该材料的外表面水分含量的80％以内，更优选地在90％以内，最优选地在95％以内。因此，例如，如果该材料外表面的水分含量为45至55重量％，则该材料核心的水分含量优选地为40.5至49.5重量％。
本发明的具体实施方案提供用于制备纤维素原料的方法和装置，该纤维素原料用于制备乙醇。该方法和装置涉及可位于纤维素原料预处理过程(如用热和水分浸渍该纤维素原料的混合容器)下游并且位于水解反应器(如自动水解反应器)上游的装置(如收集槽)。
另外，根据本发明的具体实施方案可具有优势，因为获得两个流并将该两个流进料至不同的水解反应器，允许分批操作该水解反应器，使得至少一个水解反应器与另一个水解反应器异相地操作。即，在运行第二水解反应器以水解由第二个流获得的纤维素原料时，可由第一个流装填第一水解反应器。因此，整个过程可为连续过程，而水解过程可按分批过程操作。
在将材料输送至一个或多个使该原料分解的加工单元(例如水解单元)时，如制备可发酵糖流时，优选地通过容器或导管下行输送该材料，随后必须从该容器或导管取出该材料。例如，可使该材料通过漏斗、具有底部出口的收集槽、具有底部出口的加工容器等，优选收集槽。由于该材料优选地基本上为固体，其并不自由地流动。因此，当该材料可在重力作用下下行移动时，并非所有部分都将以相同的速率下行移动。接近于容器壁的部分可具有粘着在该侧壁上的趋势，或者由于该侧壁和与该侧壁相邻的材料之间的摩擦而较慢地下行移动。这可造成该原料的一些部分的不同的停留时间。如果将侧壁加热(例如，被加热套所包围)，若停留时间过长则较靠近该侧壁的材料部分可能过热，导致该原料中的糖降解。因此，优选主动地将该原料从此设备取出以获得多个工艺流。
根据本发明的一个方面，提供制备用于制备乙醇的纤维素原料的方法，该方法包括：
(a)使该纤维素原料通过容器到达该容器的至少一个出口；
(b)将该纤维素原料送出该容器的至少一个出口，并获得至少两个纤维素原料流；和
(c)将该至少两个流进料至不同的水解反应器。
在任何具体实施方案中，步骤(b)可包括优选地在不同的方向上运输该纤维素原料侧向穿过该容器的出口。
在任何具体实施方案中，该方法可进一步包括分批操作该不同的水解反应器，并且将至少一个水解反应器与另一个水解反应器异相地操作。优选地，在运行第二水解反应器以水解由第二个流获得的纤维素原料时，由第一个流装填第一水解反应器。
在任何具体实施方案中，该方法可进一步包括使该纤维素原料下行通过该容器。
在任何具体实施方案中，该容器可包括至少四个与该容器的至少一个出口邻接的运输设备，并且步骤(b)可包括：利用至少两个运输设备在第一方向上运输该纤维素原料的第一部分，从而获得第一个流，并利用至少两个运输设备在第二方向上运输该纤维素原料的第二部分，从而获得第二个流。优选地，从该出口的第一部分取出属于第一个流的第一部分的纤维素原料，并从该出口的第二部分取出属于第二个流的第二部分的纤维素原料。例如，第一部分可包括该出口的一侧，而第二部分可包括该出口的另一侧(例如，该出口可基本上分成两半，其中每个侧包括一个部分)。在此情况下，用于取出该原料以形成第一个流的两个运输设备可位于一侧的下方，而用于取出该原料以形成第二个流的两个运输设备可位于另一侧的下方。
在任何具体实施方案中，该容器的至少一个入口优选地设在在该容器的至少一个出口以上的高度，并且优选地在重力作用下从该容器的至少一个入口向至少一个出口运输该纤维素原料。
在任何具体实施方案中，该纤维素在该容器中的停留时间优选地至多为60分钟，并且更优选地为10分钟至30分钟。
在任何具体实施方案中，该方法可进一步包括在该容器中向该纤维素原料供热。
在任何具体实施方案中，优选地连续进行步骤(a)至(c)。
将理解，在任何具体实施方案中，经过该容器运输的该纤维素原料为固体，并且可为本文公开的任何组合物。
根据本发明的另一个方面，还提供制备用于制备乙醇的纤维素原料的装置，该装置包括：
(a)至少一个侧壁，该侧壁限定具有上部和下部的体积；
(b)至少一个与该上部相邻的入口；
(c)至少一个与该下部相邻的出口；
(d)至少一个与至少一个出口邻接的第一运输器，第一运输器被配置成在第一方向上运输第一部分的纤维素原料侧向穿过该至少一个出口；和
(e)至少一个与至少一个出口邻接的第二运输器，第二运输器被配置成在第二方向上运输第二部分的纤维素原料侧向穿过该至少一个出口。
在任何具体实施方案中，优选地彼此相邻地安置第一和第二运输器。
在任何具体实施方案中，第一运输器优选地向第一运输器的出口运输纤维素原料，而第二运输器优选地向第二运输器的出口运输纤维素原料。
在任何具体实施方案中，第一方向优选地基本上与第二方向相反。
在任何具体实施方案中，整个出口优选地曝露于该运输器。
在任何具体实施方案中，该运输器可装在箱体中，该箱体在其下表面中具有每个运输器的至少一个运输器出口。
在任何具体实施方案中，每个运输器可包括至少一个可旋转地安装的螺旋螺杆(helical screw)，并且优选至少两个可沿相同方向旋转的螺旋螺杆。可选地或另外地，在任何具体实施方案中，一个或多个(且优选地每个)运输器包括至少一个可旋转地安装的具有可变的螺距的螺旋螺杆。
在任何具体实施方案中，该装置可进一步包括该运输器的箱体以及至少部分地环绕该箱体设置的加热套。
将理解，每个具体实施方案均可根据本发明提供的方法或方面而独自使用。将进一步理解，每个具体实施方案可与任何其他具体实施方案一同使用，从而使得该具体实施方案可单独使用，或者以其组合或再次组合(sub-combination)而共同使用。
附图说明
通过对本发明的优选具体实施方案的以下描述，将更充分和更详细地理解本发明的这些优势和其他优势，其中：
图1是本发明的收集槽的具体实施方案的透视图，其显示了位于该收集槽上游的浸渍室；
图2是图1的浸渍室的透视图；
图3是图1的浸渍室的顶部剖视图；
图4是沿图2中4-4线得到的截面；
图5是沿图1中5-5线得到的截面；
图6是根据本发明的具体实施方案的卸料单元的箱体的具体实施方案的透视图，其显示成已从收集槽移除。
图7是沿图6中7-7线得到的截面；
图8是图6的箱体的顶视图；
图9是本发明的箱体的可选具体实施方案的顶视图；和
图10是沿图1中10-10线得到的截面。
具体实施方式
图1-10中显示了本发明的装置的具体实施方案。将理解，虽然该方法参照该装置来描述(反之亦然)，然而该方法可用可选的装置来进行，并且该装置可根据可选的方法而使用。另外，虽然根据本发明的向容器提供的纤维素原料的制备被描述成连续过程，但将理解，该方法可作为半连续或分批过程来进行。
纤维素原料优选地为木质纤维素原料。木质纤维素原料源自植物材料。如本文所用的术语“木质纤维素原料”是指含有纤维素、半纤维素和木质素的植物纤维。在一些具体实施方案中，该原料来源自树木，优选地源自落叶树如杨属植物(例如木屑)。可选地或另外地，该原料也可源自农业残渣，如(但不限于)玉米秸秆、小麦秸秆、大麦秸秆、水稻秸秆、柳枝稷，高粱、甘蔗渣、稻壳和/或玉米穗轴。优选地，该木质纤维素原料包括农业残渣和木材生物质，更优选地为木材生物质，并且最优选地为落叶树的木材生物质。申请人考虑到将其他来源的包括纤维素、半纤维素和/或木质素的植物材料(如藻类)用于获取纤维素原料，那些植物材料的任何一种都可使用。
该纤维素原料优选地为清洁的，例如去除了灰尘、硅石、金属箍(例如来自农业产品)、石头和污垢。还可减小该木质纤维素原料的组分的尺寸。在长度上，该原料的组分的尺寸可为约0.05至约2英寸，优选地为约0.1至约1英寸，并且更优选地为约0.125至约0.5英寸。例如，该纤维素原料可包括长度为约4毫米(0.16英寸)至约7毫米(0.28英寸)的纤维(例如切碎的秸秆)。可利用能够压碎、粉碎或以其他方式减小颗粒尺寸的任何加工机械。
优选地，在进入该容器(例如收集槽100)时，将该原料用水处理从而使其具有约30至约60重量％、优选地约45至约55重量％的水分含量。例如，参照图1和图2，显示了本发明的收集槽装置100的具体实施方案，其中该收集槽100位于水浸渍反应器(如浸渍室10)的下游，该水浸渍反应器优选地用于在原料进入收集槽100之前将该原料预处理。优选地，配置浸渍室10从而预处理纤维素原料，例如通过润湿和/或加热该纤维素原料。
图2-4中举例说明了优选的浸渍器10。如其中所示，在一些具体实施方案中，浸渍器进料器30(即，将原料运输到浸渍室12中的进料器)优选地位于混合室或浸渍室12的上游。进料器30可为任何设计。优选地，进料器30具有抑制并优选地防止进料器30的水分逆流流动的设计。例如，可提供旋转阀等以切断这种逆流流动。优选地，浸渍进料器为包括发动机32的螺旋进料器，该发动机32驱动地连接到位于入口以下的螺旋或螺旋推运器(auger)34(例如通过装在箱体36中的变速器或齿轮减速组合件)。可将其上装有螺旋34的轴可旋转地安装在箱体38内，以使得螺旋推运器34为悬臂式栓塞螺旋运输器。因此，进料器30产生材料的栓塞，该栓塞防止水分的逆流移动。可将该栓塞运输到安装在浸渍室12上的入口箱体40中。该原料随后下行进入浸渍室12。
浸渍器10可包括位于入口箱体40以下的入口42，一个或多个用于沿室12的长度方向推动纤维素原料的运输构件14，一个或多个用于将水分注射进该纤维素原料的水分注射口16(可将其装在运输构件14的桨叶20和/或浸渍器10的内壁22上)，一个或多个装在内壁22外侧的用于加热该纤维素原料的加热套18以及出口18。加热套18可包括与内壁22隔开的外壁26，从而限定出通道28，经加热的流体(例如水)可经过该通道28流动。
如图2中举例说明的，一个或多个导管54可将水运输到分支管56，该分支管56延伸到室12的上部上的不同位置。通过例如加入水分的构件(如喷嘴或开口管等)，这些导管的末端与室12的内部流体流动连通。
如举例说明的，运输构件14可旋转地装在室12中，并且从动地(drivenly)连接到发动机46。如举例说明的，通过装在箱体48中的变速器或齿轮减速组合件，发动机46驱动地连接到运输构件14。该齿轮减速组合件可驱动地连接到位于箱体52内部的运输构件14的末端50。
为了防止材料滞留于浸渍器10中，浸渍器10可具有底部壁44，该底部壁具有两个或更多个部分，其中每个部分具有与其相连的运输构件14。优选地，配置底部壁44和运输构件14以使得底部壁44在运输构件14旋转时被清扫。例如，如图4中举例说明的，底部壁44可为扇形，例如具有两个倒拱或槽。关于任选的混合容器10的各个具体实施方案的其他细节可在同时待审的美国专利申请12/181,596(于2008年7月29日提交)中找到，其公开内容以其整体作为参照并入本文。在可选的具体实施方案中，浸渍室10可以其他方式预处理纤维素原料，并且本发明并不限于这一点。
在混合容器10中任选地预处理该纤维素原料之后，将其送至收集槽装置100(例如通过处于室12的出口24下游的出口通道58)，该纤维素原料优选地在该收集槽装置中保存或容纳一段停留时间，以使得例如加入到混合容器10中的水分有足够的时间渗入该原料，从而使该原料为下游加工作好准备。可选地或另外地，该原料可能需要额外的时间以使得该原料的所有部分升高至适于下游加工的预定温度。可选地，进入收集槽100的原料可处于用于下游加工的预定条件，而收集槽用作储蓄器以保存准备好的原料，从而使得下游过程可连续运行。
根据本发明，来自优选地具有下行延伸的原料通道(例如收集槽100)的容器的纤维素原料被送至位于该收集槽装置100下游的一个或多个下游加工单元，优选水解反应器，更优选自动水解反应器并继而优选一个或多个酶促水解反应器(未显示)，从而使得该纤维素可水解产生适于发酵成乙醇的糖。
如图1和图5中举例说明的，收集槽100的取向使得穿过收集槽100的通道优选地基本下行地延伸，并且优选地配置穿过其中的通道，从而减少且优选基本防止收集槽100中原料的桥连。另外，从浸渍器10到收集槽100的通道优选地基本下行地延伸。因此，穿过收集槽100的通道优选基本下行地延伸，并且优选该通道的下端具有与上端相比更大的截面积。更优选地，该截面积沿着下行方向连续增加。这可通过用沿着下行方向偏离的一个或多个壁来构造该收集槽的通道而实现。
如果该原料下行地穿过收集槽100连锁装置，则其可通过称作桥连的过程而形成堵塞。该堵塞可延伸至完全穿过收集槽100中的通道，从而阻止原料的下行移动，并导致下游加工单元的原料供应出现空缺。可选地，其可能仅堵塞该通道的一部分。无论如何，此时将需要进行干预以去除该堵塞。中断向下游加工单元传输原料可能需要在去除堵塞时将工厂的一部分停工，从而使生产量降低，并且还需要在该堵塞被清理之后立即将工厂恢复稳态操作条件。因此，可能需要监控该收集槽，从而得以在桥连发生的早期进行干预。通过增加在下游方向上的截面积，原料形成通道堵塞的趋势降低，并且可将其消除。
如图5和图10中举例说明的，收集槽100包括至少一个侧壁102，其限定出体积或通道104。在所示的具体实施方案中，收集槽装置100包括四个侧壁，称作前壁102a和间隔开的相对的后壁102b，以及侧壁102c和间隔开的相对的侧壁102d，并且进一步包括顶壁103。因此，通道104(其由侧壁102a、102b、102c和102d所限定)的横截面呈矩形。在其他具体实施方案中，收集槽装置100可包括例如单个圆形侧壁，从而使其所具有的横截面呈圆形、椭圆形等。将理解，可利用任何其他的横截面。
通道104优选地纵向延伸，例如沿轴105延伸，并且包括顶部106，和底部108。通道104优选地竖直延伸。然而，通道可基本上竖直地延伸(即，以竖直的角度延伸，以使得原料将在重力作用下下行地穿过其中流动)。在一些具体实施方案中，通道104可具有约5英尺至约20英尺的沿轴105的长度。
提供与上部106相邻的入口110，并提供与下部108相邻的出口112，该出口的高度在入口110以下。在所示的具体实施方案中，入口110由顶壁103的开口所限定，而出口112由侧壁102的下端114所限定。将理解，入口110可包括收集槽100的整个顶部，因此可能不需要顶壁103。将理解，在优选的具体实施方案中，通道104不设有下表面，并且通道104的下端是开放的。因此，原料可穿过通道104而畅通地下行流动，直至其与贮存在收集槽100中的原料相遇，或者直至其与箱体116相遇。如举例说明的，入口110与浸渍室10的出口24流体连通并接收来自浸渍室10的出口24的纤维素原料(例如，其处于出口导管58的下游)，而出口112优选地与一个或多个自动水解反应器流体连通并将纤维素原料送至一个或多个自动水解反应器(未显示)。
仍参照图5，在优选的具体实施方案中，通道104的底端108具有与通道104的顶端106相比更大的截面积。换言之，相比于在入口110附近穿过通道104而得到的横截面，在出口112附近穿过通道104而得到的横截面具有更大的截面积。例如，在出口112附近得到的截面积可具有约40平方英尺至约60平方英尺的面积，而在入口110附近得到的横截面可具有约20平方英尺至约40平方英尺的面积。
可按照各种方式配置侧壁102，以提供与顶端106相比具有更大截面积的底端108。在所示的具体实施方案中，侧壁102a和侧壁102b彼此相对，而侧壁102c与侧壁102d彼此相对，并且每个侧壁均从入口110到出口112偏离轴105。因此，通道104基本上是截头金字塔形，并且底端108具有与顶端106相比更大的截面积。在可选的具体实施方案中，侧壁102a和102b可基本上与轴105平行地延伸，而侧壁102c和102d可偏离轴105。在另一个可选的具体实施方案中，收集槽装置100可包括单个圆形侧壁，该圆形侧壁限定出截头圆锥形通道104。在另一个具体实施方案中，侧壁102可为阶梯状。优选侧壁102连续地偏离，并且如举例说明的，其在通道104的整个长度上连续地偏离。优选地，它们以约1°至约20°，优选约2°至约5°的角度A偏离竖直方向。还将理解，侧壁102的内表面138优选地为光滑的，并且没有凸起，该凸起可以是导致发生桥连的起因。
为下部108提供与上部106相比更大的截面积，可有助于防止纤维素质在其通过收集槽装置100时粘附或粘着于侧壁102上。因此，通过收集槽100的纤维素原料的各部分可具有基本上相同的在通道104中的停留时间。
在可选的具体实施方案中，通道104的下部108可不具有与通道104的上部106相比更大的截面积。例如，每个侧壁102可基本上竖直且相互平行地延伸。
根据本发明，在经过通道104之后，侧向地(与轴105垂直地)运输该原料。另外，优选从收集槽104主动地取出该原料，而不允许该原料被动地离开该收集槽。因此，收集槽100可进一步包括或装有至少两个与出口112相邻的运输器，将该运输器配置成主动地运输该纤维素原料侧向穿过出口112，从而从通道104取出该纤维素原料。参照图5至图8，在所示具体实施方案中，每个运输器包括多个(例如两个)螺旋运输器126，该螺旋运输器126安装在箱体或卸料单元116中。该运输器可具有本领域已知的任何输送机理以从出口112侧向输送并优选主动输送原料。例如，该运输器可包括垂直于轴105延伸的螺旋推运器、螺旋运输器、具有挡板的装有刮板的螺杆(tabbed flightscrew with bars)、皮带运输机等。
在所示具体实施方案中，箱体116包括底部118、侧壁120和开放的顶部122。开放的顶部122优选地至少与出口112一样大，并与出口112垂直对齐，以使得通过出口112的材料可直接地下行通过开放的顶部122。因此，整个出口112曝露于箱体116中的运输器132。将理解，在可选的具体实施方案中，通道104的侧壁102可提供箱体116的侧壁。即，侧壁102可延伸至越过出口112。因此，在这种具体实施方案中，通道104的出口112并非由侧壁102的末端114所限定，而是由在末端114以上的侧壁102的一部分所限定。
箱体116至少包括第一和第二箱体出口124a、124b，由螺旋运输器126所运输的纤维素原料经过第一和第二箱体出口124a、124b离开箱体116。离开箱体出口124a、124b的纤维素原料可进入两个或更多个导管125，例如，该导管125可通往两个或更多个例如自动水解反应器127(见图1)。因此，出口124a可与第一导管125偶联，第一导管125导向至第一水解反应器127，而出口124b可与第二导管125偶联，第二导管125导向至第二水解反应器127。
优选地，每个导管125装有一个或多个沿着导管125的方向延伸的螺旋运输器等。具有多于一个的出口124a、124b的优势在于，可从收集槽100提供两个经处理的原料流，其中每个原料流可进料至不同的下游加工容器，例如不同的蒸汽爆破反应器。
如举例说明的，箱体116包括限定于底部118中的两个箱体出口124a、124b(见图7)。优选地，安置每个出口124以使其并不位于通道104下方(侧向地与通道104隔开)。侧向于通道104地安置出口124的优势在于，可从整个出口112取出原料，更优选地，横穿出口112均匀地取出原料。另外，优选地将箱体出口124a和124b安置在箱体116的相对的侧面上。因此，箱体出口124a和124b可将纤维素质导向至两个不同的例如自动水解反应器(其位于收集槽100的相对的侧面上)。如图1和图6举例说明的，箱体116可具有上壁166，其延伸覆盖箱体116位于收集槽100侧向的部分。上壁166可覆盖螺旋运输器126位于收集槽100侧向的部分。任选地，可将栅条168(或者其他提供窗口的构件)安置在出口124上方的顶壁166中。栅条168允许工人观察原料输送至导管125中。
如举例说明的，该螺旋运输器126安装在底部118上方，并且每个螺旋运输器垂直于轴105延伸横穿出口112(即，每个螺旋运输器的长度L至少从出口112的第一侧延伸至出口112的第二侧)。每个螺旋运输器126包括轴128和至少一个围绕该轴延伸的螺旋刮板130，并且被配置成旋转以保证材料离开出口112并向箱体出口124中的一个运输该材料。可通过本领域已知的任何方式可旋转地安装轴128。如举例说明的，轴128具有作为轴承箱164中的轴颈的一端和作为变速箱162中的轴颈的另一端。
在所示的具体实施方案中，箱体116包括四个成对设置的螺旋运输器126。每一对均包括两个相邻的螺旋运输器126，其沿着相同的方向向共同的箱体出口124运输纤维素原料。在所示的具体实施方案中，第一对132a包括螺旋运输器126a和126b，其分别围绕基本上平行的第一轴134a和第二轴134b旋转，而第二对132b包括螺旋运输器126c和126d，其分别围绕基本上平行的第一轴134c和第二轴134d旋转。每个轴134优选地为水平的，但可与水平方向呈直至45°或更大的角。因此，螺旋运输器126a和126b将经处理的原料输送至出口124a，而螺旋运输器126c和126d将经处理的原料输送至出口124b(其位于与出口124a相对的一侧)。将理解，螺旋运输器126a、126b、126c和126d在基本上整个出口112的下方延伸。因此，该螺旋运输器126优选地从出口112的所有部分取出经处理的原料。可选地或另外地，每个出口124可具有一个或多个螺旋运输器126或者与其相连的其他输送构件。
仍参照图7，如举例说明的，第一对132a的螺旋运输器126a和126b可各自沿箭头A1所指的方向旋转，以使来自上方的材料沿箭头A2所指的方向向箱体出口124a进料。另外，第二对132b的螺旋运输器126c和126d可各自沿箭头A3所指的方向旋转，以使来自上方的材料沿箭头A4所指的方向向箱体出口124b进料。
为了允许每个螺旋运输器126旋转，沿着特定的旋转方向，每个螺旋运输器可由其自有的驱动发动机160来驱动。如图6和图7中所示，每个轴128穿过侧壁120而向外延伸至变速箱162，其中发动机160驱动地连接至轴128。可使用本领域所知的任何驱动连接。将理解，在可选的具体实施方案中，可由单个发动机160驱动两个或更多个轴。
因此，如举例说明的，箱体出口124a和124b位于箱体116的相对的侧面上，并且每个螺旋刮板130均为右旋的。因此，A1方向与A3方向彼此相反，而A2方向与A4方向彼此相反。然而，在可选的具体实施方案中，箱体出口124a和124b可位于彼此相同的侧壁上。在这种具体实施方案中，A1和A3方向可基本上相同，而A2和A4方向可基本上相同。在更进一步的可选的具体实施方案中，第一对132a的螺旋运输器126a、126b的螺旋刮板130可为右旋的，而第二对132b的螺旋运输器126c、126d的螺旋刮板130可为左旋的。因此，在这种具体实施方案中，A1和A3方向可相同，而A2和A4方向可相反。将理解，可配置每对螺旋运输器126以使其沿相反方向旋转。例如，可将螺旋运输器126a配置成顺时针旋转，并且可将螺旋运输器126b配置成逆时针旋转。
将理解，在可选的具体实施方案中，可另外地配置一个或多个螺旋运输器126。例如，箱体116可包括多个并不成对设置的螺旋运输器(例如，该螺旋运输器可设置成三个一组，或者设置成单个螺旋运输器)，或者箱体116可包括多于两对的螺旋运输器。例如，在图9中所示的可选的具体实施方案中，收集槽100包括四个箱体出口124和四对132的螺旋运输器126。
仍参照图5-7，至少一个螺旋运输器126(且优选地所有的螺旋运输器126)可具有沿其长度可变的螺距。即，至少一个螺旋运输器126的螺旋刮板130的螺距沿长度L并不恒定。
例如，在所示的具体实施方案中，每个螺旋运输器具有接近其各自的箱体出口124(即，该螺旋运输器向其运输纤维素原料的出口)的第一末端158和远离其各自的箱体出口124的第二末端156(图7中所示)。与第二末端156处的螺旋刮板130的螺距相比，第一末端158处的螺旋刮板130的螺距更大或更宽。例如，第一末端处的螺距可为约14英寸至约88英寸，而第二末端处的螺距可为约4英寸至约8英寸。
在所示的具体实施方案中，各螺旋刮板130的螺距在第一末端158和第二末端156之间连续变化，并且优选地以恒定的比率变化。即，该螺距向着各个卸料构件出口124逐渐变宽。在可选的具体实施方案中，在刮板的较宽和较窄区域之间可发生骤变。例如，各螺旋运输器可具有从第一末端158向螺旋运输器126的中点延伸的第一区域和从第二末端156向该中点延伸的第二区域。第一区域可具有第一螺距范围，而第二区域可具有第二螺距范围。例如，第一螺距范围可为约14英寸至约18英寸，而第二螺距范围可为约4英寸至约8英寸。在另一个的具体实施方案中，各螺旋运输器可包括第一区域和第二区域之间的中间区域，并且该中间区域具有小于第一螺距范围并大于第二螺距范围的第三螺距范围。例如，第三螺距范围可为约6英寸至约10英寸。
优选地，每一对132的螺旋运输器126在沿其长度的任何位置上均具有相同的螺距。即，螺旋运输器126a和126b的螺旋刮板基本上相同，而螺旋运输器126c和126d的螺旋刮板基本上相同。
另外，第一对螺旋运输器的螺距优选地为第二对螺旋运输器的螺距的镜像，第二对螺旋运输器在与第一对螺旋运输器相反的方向上运输纤维素原料。即，螺旋运输器126a和126b(其沿A2方向运输纤维素质)的螺距为螺旋运输器126c和126d(其沿A4方向运输纤维素质)的螺距的镜像。
为各螺旋运输器提供可变的螺距，并且更特别地在远离该箱体出口处提供较窄的螺距，允许从出口112的各部分取出数量更加等量的纤维素原料，并且可允许取出基本上等量的纤维素原料。即，将向此螺旋运输器各自的出口124运输在远端156处堆积于螺旋运输器126中的材料。在侧向地输送此材料时，该螺旋运输器的螺距增加，允许来自出口112的额外的材料直接堆积在该螺旋运输器中。该螺距的进一步增加将允许额外部分的材料落入螺旋运输器。该螺旋运输器接近于出口124(沿输送的方向)的一个或多个部分具有较宽的螺距，从而使其可接纳从远端区域运输过来的材料以及直接从通道104堆积至其上的材料。从而横穿整个出口112取出原料。
参照图5和图10，容器100(例如收集槽)优选地进一步包括装在容器100的至少一部分上的加热套136。优选地，至少一个侧壁102装有加热套。例如，在所示的具体实施方案中，各个侧壁102的全部包围着加热套136。加热套136可包括多个外壁，该外壁与侧壁102基本上平行并且与侧壁102隔开，从而限定出其间的空腔(enclosure)142。可使流体从入口(未显示)通过空腔142到达出口(未显示)，从而使得经加热的流体流过空腔142。加热套136可为本领域已知的任何结构。因此，在纤维素质通过容器100时，可将该纤维素质加热至预定温度，或者使其维持在预定温度。
参照图5，在进一步优选的具体实施方案中，箱体116还可包括或可选地可包括由箱体116提供的第二加热套146。在所示的具体实施方案中，将加热套146配置成与加热套136类似，并且可包括与侧壁120和/或底部118从外部隔开的外壁154，并进行配置以使经加热的流体流过由外壁154和侧壁120和/或底部118所限定出的空腔150。加热套146可为本领域已知的任何结构。
在一些具体实施方案中，可在通道104中提供一个或多个温度传感器。例如，可在通道104的上部106中提供第一热电偶(未显示)，从而测量进入入口110的纤维素原料的温度，并在通道104的下部108中提供第二热电偶(未显示)，从而测量离开出口112的纤维素原料的温度。在一些具体实施方案中，可将一个或多个显示器(未显示)偶联至该一个或多个温度传感器，从而使得使用者可观看测量的温度，并且任选地基于该测量的温度来调节向收集槽100提供的热量。在进一步的具体实施方案中，可将一个或多个传感器偶联至处理器，该处理器可基于该测量的温度自动调节向收集槽100提供的热量。
现在描述处理可用于制备乙醇的纤维素原料的方法。虽然该方法将参照收集槽100来描述，将理解，该方法可使用可选的装置来进行，并且卸料箱116可利用可选的运输器来操作。
在进入该卸料箱116之前，并且优选地在进入收集槽100之前，优选地使合适的纤维素原料经过水分浸渍，从而使该原料中的水分含量提高到预定的水平。优选地，在进入该收集槽或卸料箱116时，该原料的水分含量为约30重量％至约60重量％，优选地为约45重量％至约55重量％。例如，该纤维素原料可从预处理设备如浸渍器10获得，其中将水分加入该纤维素原料从而使该水分含量从例如约15％以下提高到进入该收集槽时的约30％至约60重量％。优选地，在进入该收集槽时，该水分含量为约45重量％至约55重量％。
将该纤维素原料从该浸渍室10的出口送至位于卸料箱116上游的通道(例如收集槽100)的入口。例如，可将该纤维素原料从浸渍室10的出口18送入收集槽100的入口110。
随后优选地使该纤维素原料(其经过或未经过浸渍)下行通过该容器。例如，参照收集槽100，入口110设在出口112以上的高度。因此，该材料可在重力作用下从入口向出口下行移动。另外，在下部108具有与上部106相比更大的截面积的具体实施方案中，该材料将在其下行移动时进一步侧向移动。
从该容器取出该原料，并将其送至两个下游加工单元。因此，从该容器获得的该原料被分成两个或更多个工艺流，一些该工艺流或每个该工艺流可在不同的方向上输送。获得至少两个流，并将其提供至至少两个不同的下游加工单元(优选地为水解反应器)。该下游处理单元可分批操作或半分批操作，并可异相操作。因此，一个釜式水解反应器可在用该纤维素原料装填第二个釜式水解反应器时运行。优选地，运输该纤维素原料侧向穿过该容器的出口，并且优选地在不同的方向上运输该纤维素原料。
优选地，维持在该收集槽中的基本上恒定的停留时间。即，该收集槽优选地在稳态条件下连续运行，以使得在入口110加入的原料的各个部分或层的所有部分以相同的速率下行通过至出口112。此结果可通过从该出口112的所有部分取出原料来实现。例如，可通过操作一个或多个螺旋运输器(如上文所述的螺旋运输器126)而将该原料移出该出口，从而使得在该螺旋运输器中同时收集来自该出口112的所有部分的原料(例如该出口112中同一水平层的所有原料)，并将其输送至出口或下游通道。将理解，可通过调节该螺旋运输器的刮板的螺距来改变从该收集槽出口的各个部分取出的材料的量。通过扩大某个位置的螺距，可增加从那些位置取出的原料的量。
将理解，在使用中，可能存在初始启动阶段，其中并不从该容器移出材料，而是用来自浸渍室12的纤维素原料装填该容器。
停留时间可为至多60分钟。优选地，该停留时间为10分钟至30分钟。此方法的优势在于，可实现该原料在该容器中大致均匀的停留时间。例如，该停留时间的差别可为至多5分钟，优选地小于3分钟，并且更优选地小于2分钟。
在一些具体实施方案中，优选地在不同的方向上运输该纤维素原料侧向穿过该收集槽的出口，从而获得至少两个流。例如，可利用至少两个运输设备从而侧向地沿第一方向运输第一部分的纤维素原料，从而获得第一个流，并且可利用至少两个运输设备从而侧向地沿第二方向运输第一部分的纤维素原料，从而获得第二个流。例如，如上文所述，该收集槽可包括第一运输器132a和第二运输器132b，第一运输器132a包括第一运输设备126a和第二运输设备126b，第二运输器132b包括第三运输设备126c和第四运输设备126d。第一和第二运输设备可被配置成在第一侧向方向上运输第一部分的纤维素原料侧向穿过该至少一个出口，从而获得第一个流，而第三和第四运输设备可被配置成在第二侧向方向上运输第二部分的纤维素原料侧向穿过该至少一个出口，从而获得第二个流。因此，从该出口的第一部分取出第一个流的纤维素原料，并从该出口的第二部分取出第二个流的纤维素原料。
在一些具体实施方案中，可向第一导管运输第一个流(例如经过卸料出口124a向导管125运输)并向第二导管运输第二个流(例如经过卸料出口125b向导管125运输)。
随后将该至少两个流进料至不同的加工单元，例如水解反应器127。例如，一个导管125可导向第一水解反应器，而另一个导管125可导向第二水解反应器。该水解反应器可为例如自动水解反应器，或者酸水解反应器。优选地，分批操作第一和第二水解反应器，并且彼此异相地操作。例如，可使用该收集槽的第一运输器来装填第一水解反应器，同时第二运输器停止运行。当已将第一水解反应器装填至所需要的水平时，可停止第一运输器的运行，可立即使用该水解反应器，例如加入酶。在第一水解反应器运行时，可使用第二运输器来装填第二水解反应器。
在一些具体实施方案中，该方法进一步包括将该收集槽中的温度维持在约50℃至约75℃。例如，收集槽可任选地装有加热套，如加热套136，和/或卸料构件116可任选地装有加热套146。该加热套可用于加热该收集槽和/或该卸料构件的壁，以使得该收集槽之内的材料的温度维持在或升高至50℃至约75℃。
将理解，为了清楚起见而在不同具体实施方案或不同方面的情况下描述的本发明的某些特征也可在同一具体实施方案中组合提供。相反地，为简洁起见而在同一具体实施方案或同一方面的情况下描述的本发明的各个特征也可单独地提供，或以任何合适的重新组合而提供。
虽然已经结合其特定的具体实施方案而对本发明进行了描述，但如果明显时，则许多替换、修改和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，本申请旨在包括落入权利要求书的实质和广阔范围以内的所有替换、修改和变化。另外，对本申请中的任何文献的引用或确认不应解释为承认此文献可作为本发明的现有技术。

Claims (23)

1.一种制备用于制备乙醇的纤维素原料的方法，该方法包括：
(a)使所述纤维素原料通过容器到达所述容器的至少一个出口；
(b)将所述纤维素原料送出所述容器的至少一个出口，并获得至少两个纤维素原料流；和
(c)将所述至少两个流进料至不同的水解反应器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)包括运输所述纤维素原料侧向穿过所述容器的所述出口。
3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)包括在不同的方向上运输所述纤维素原料侧向穿过所述容器的所述出口。
4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括分批操作所述不同的水解反应器，并且至少一个水解反应器与另一个水解反应器异相地操作。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在运行第二水解反应器以水解由第二个流获得的纤维素原料时，由第一个流装填第一水解反应器。
6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括使所述纤维素原料下行通过所述容器。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述容器包括至少四个与所述容器的至少一个出口邻接的运输设备，并且步骤(b)包括：利用至少两个运输设备在第一方向上运输所述纤维素原料的第一部分，从而获得所述第一个流，并利用至少两个运输设备在第二方向上运输所述纤维素原料的第二部分，从而获得所述第二个流。
8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括从所述出口的第一部分取出属于所述第一个流的第一部分的纤维素原料，并从所述出口的第二部分取出属于所述第二个流的第二部分的纤维素原料。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述容器的至少一个入口设在所述容器的所述至少一个出口以上的高度，并且在重力作用下从所述容器的所述至少一个入口向所述至少一个出口运输所述纤维素原料。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维素在所述容器中的停留时间至多为60分钟。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维素原料在所述容器中的停留时间为10分钟至30分钟。
12.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括向所述容器中的所述纤维素原料供热。
13.根据权利要求1所述的方法，其中连续进行步骤(a)至(c)。
14.一种用于制备纤维素原料的装置，该纤维素原料用于制备乙醇，该装置包括：
(a)至少一个侧壁，所述侧壁限定具有上部和下部的体积；
(b)至少一个与所述上部相邻的入口；
(c)至少一个与所述下部相邻的出口；
(d)至少一个与所述至少一个出口邻接的第一运输器，第一运输器被配置成在第一方向上运输第一部分的所述纤维素原料侧向穿过所述至少一个出口；和
(e)至少一个与所述至少一个出口邻接的第二运输器，第二运输器被配置成在第二方向上运输第二部分的所述纤维素原料侧向穿过所述至少一个出口。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述第一和第二运输器彼此相邻地安置。
16.根据权利要求14所述的装置，其中所述第一运输器向所述第一运输器的出口运输纤维素原料，而所述第二运输器向所述第二运输器的出口运输纤维素原料。
17.根据权利要求14所述的装置，其中所述第一方向基本上与所述第二方向相反。
18.根据权利要求14所述的装置，其中整个所述出口曝露于所述运输器。
19.根据权利要求14所述的装置，其中所述运输器可装在箱体中，该箱体在其下表面中具有每个运输器的至少一个运输器出口。
20.根据权利要求14所述的装置，其中每个运输器包括至少一个可旋转地安装的螺旋螺杆。
21.根据权利要求14所述的装置，其中每个运输器包括至少两个可沿相同方向旋转的螺旋螺杆。
22.根据权利要求14所述的装置，其中每个运输器包括至少一个可旋转地安装的具有可变的螺距的螺旋螺杆。
23.根据权利要求14所述的装置，其进一步包括所述运输器的箱体以及至少部分地环绕所述箱体设置的加热套。
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