CN107002100A - 处理生物质和有机废物的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了通过发酵处理生物质材料的方法，所述方法包含通过热水解和湿式爆炸预处理所述生物质材料，得到干物质浓度高于25％且温度高于90℃的中间产物，其将被引入发酵，其中用于所述发酵的消化罐的一部分内容物再循环并与来自所述预处理的一部分中间产物混合。

Description

处理生物质和有机废物的方法和装置
技术领域
本发明涉及处理主要是有机来源、例如呈废物或生物质形式的材料的方法、工艺和装置，其中经处理材料的糖类等的含量可用于发酵成一种或多种所需产物。
背景技术
城市和工业上的污泥和废物及主要是有机来源的其它来源的废品，如园艺、农业、林业、木材工业、食品加工业等的副产物，多年以来作为生产CO2中性燃料(如生物乙醇或沼气)的可能起始材料越来越受到关注。
在文献中已经描述了许多不同的预处理方法用于生物质材料，其中糖类等的内容物更容易获得。最著名的是：强酸和弱酸水解；湿式爆炸(蒸汽爆炸-STEX)；湿式氧化(WO)；碱性纤维爆炸(氨纤维爆炸-AFEX)；和热水解(液态热水-LHW)。
通常强酸和弱酸水解的特征在于半纤维素被水解并溶解，且纤维素的可利用性增加，用于随后基于酸的水解或酶促水解。当使用这些类型的水解时，在分离不溶性和溶解的部分之后，此外可以通过发酵进一步加工这些部分。Lightner(US 6.258.175)描述了其中的强酸水解，其中还描述了用乙醇沉淀后重新使用所用酸的可能性。此工艺的主要目的是溶解纤维素和半纤维素，以便随后用于(例如)通过发酵生产乙醇。
生物质酸水解涉及有几个问题。首先需要将材料分成非常细的颗粒(<1mm)，这是极其耗能的。此外，需要中和经处理材料，这通常通过加入CaCO3(石灰石)进行。这意味着此工艺中化学品的消耗较高，同时中和工艺积累大量水合硫酸钙。此外，与其它形式的处理得到的材料相比，来自酸水解的处理材料对酶促水解和微生物发酵具有抑制作用(参见下文)。最后，由于酸催化工艺，泵、反应器等容易遭受腐蚀。
对湿式爆炸(STEX)的描述可追溯至1928年，当时Mason开发了制造硬纸板的工艺(US 1.824.221和2.759.856)。STEX工艺包括高压下的热水解，然后压力以所谓的“闪蒸作用”释放，其中由于压力大幅下降，使得每条纤维发生爆炸，因此得名湿式爆炸(或蒸汽爆炸)。这种处理方法后来进一步开发用于制造(例如)乙醇或纸(例如，WO 98/27269)。
在STEX中通常会发生半纤维素的部分溶解(>80％)，并且纤维素可用于随后的水解。STEX的作用类似于酸水解的作用-然而，STEX工艺使工艺设备更不容易磨损，且对于化学品的使用和废物的积累并不是那么苛刻。然而，在STEX中，依然形成了相当量的抑制可能的后续发酵工艺的物质(Palmqvist和Hahn-Hagerdal 2000)，特别是当用酸(SO2或H2SO4(Martin等人，2002))预先对材料进行液化时。
已经开发了湿式氧化(WO)以氧化有机废物部分(US 2.690.425)，并且后来进行了改进，从而从含有木素纤维素的生物质和有机废物得到半纤维素溶液(参见例如WO 00/14120)。湿式氧化包含加入氧化剂(如超压氧)的热工艺。在湿式氧化中，半纤维素部分溶解，并且存在的木质素的一部分被氧化，从而纤维素的可利用性增加。通常，WO不需要额外的工艺步骤来去除抑制性物质。
碱性纤维爆炸(AFEX)是结合蒸汽爆炸和添加碱性催化剂的工艺。在传统的AFEX中，生物质在中等温度(～50℃)下在氨水中液化，之后压力瞬间释放(爆炸)。通过这种工艺，纤维素和木质素被改性，这使得纤维素更具反应性(可利用性)，同时释放半纤维素。
热水解(LHW)是其中半纤维素的高度溶解与木质素的部分溶解同时发生，且纤维素的可利用性提高(用于酶促水解)的工艺(通常为170℃-230℃)。预先未被分开且用LHW预处理的甘蔗废物在添加中等量的酶之后，经酶促水解和发酵后导致高达90％的理论乙醇产率(Van Walsum等人，1996)。美国专利4.461.648描述了增加含纤维素和木质纤维素的材料的可利用性的方法。该方法包含在压力、热处理和湿式爆炸下添加水蒸气，进一步描述了蒸汽的再循环是不可能的。
用于生产基于此类有机废物或生物质的CO2中性燃料的已知方法通常包括采用某种热水解工艺(THP)的预处理步骤，然后进行厌氧消化。
这些工艺通常是基于在一个或多个反应器中使用高温和高压的组合进行热水解的步骤，以分解废物或污泥中的有机材料的细胞结构并分解高分子量有机化合物为更小的分子。
热水解步骤之后可能是在一个或多个压力释放罐中进行蒸汽爆炸的步骤，其中罐的内容物由于压力的快速释放而分解。生物质的分解和分裂使得后续发酵步骤更有效。
由采用热水解工艺(THP)的预处理步骤产生的产物通常具有高温(例如高于90℃)，且特征在于相对高干物质含量(例如高于25％)，且在某些情况下也相对低的pH(例如低于5)。因此，此产物的处理通常需要高度专业化的设备，且此外通常必须在将其引入基于厌氧消化的后续工艺之前对其进行冷却、中和和/或稀释(例如用水)，因为后续工艺通常是在较低的温度、较低的干物质含量和中性pH下进行。
WO2007/009463公开了将纤维素材料转化为乙醇和其它产物的方法。对纤维素材料进行至少一次浸泡操作的水热预处理、在加压反应器中的水热预处理及之后的压制操作，产生纤维部分和液体部分。水热预处理将至少80％的木质素留在纤维部分中。由于需要处理具有高干物质含量的材料，WO2007/009463中描述的工艺通常需要高度专业化的设备。
WO03/013714公开了闸系统，通过它可以分配具有高干物质含量的产物，且然后通过至少一个闸室和两个压力栓分别输送，从而允许(例如)从低压区转移到高压区。
多年来，已经开发了对上述生物质和有机废物处理工艺的不同改进。因此，实现这些改进的一种方式是通过使用再循环。特别是在工艺中以其它方式使用的蒸汽的再循环及其用于预热生物质，以及来自工艺的水流出物的再循环以减少在工艺中以其它方式使用的工艺水的消耗，已经在现有技术中进行了描述。
WO2011/006854公开了用于生物质的热水解和蒸汽爆炸的方法和装置。该方法涵盖以下步骤：预热生物质，将预热的生物质引导到至少两个反应器中，在此通过加入蒸汽加热和加压，及最后使用两个压力释放罐逐步降低压力。预热罐由来自第一和第二压力释放罐的返回蒸汽预热。
WO01/60752公开了为连续工艺的方法，涉及湿式氧化或蒸汽爆炸，用于将生物质材料发酵转化为乙醇。与生产的乙醇分离后的发酵废水流出物随后进行厌氧发酵步骤，产生甲烷和废水流出物，其中潜在的抑制物质的量处于亚抑制水平，允许全部或一部分流出水再循环到工艺中以减少工艺用水的消耗。
WO2014/039984公开了处理生物质以获得单体糖的方法，其中预处理的生物质经受酶促水解，并且来自酶促水解反应器的至少一部分液化材料作为热预处理生物质的一部分冷却剂再循环到添加酶的上游的位置。
US2009/0098616公开用于处理植物材料以释放可发酵糖类的方法。该方法涉及两阶段酶促水解工艺，且优选地其前为自动水解步骤，其中材料优选在酸存在下经受高温、蒸汽和压力。来自第一水解阶段的低粘度流出物流部分地再循环到第一酶促水解阶段，一些或全部直接进入反应器，或者在进入反应器之前可与新鲜的木质纤维素原料混合。进一步公开的是，酶促工艺可以在真空下进行以去除挥发性成分，例如酶抑制性化合物(如糠醛)。
尽管生物质材料的处理方法很多，但是仍然需要一种方法：其中生物质经预处理和随后发酵，而无需过度使用化学添加剂或专业化设备来处理具有高干物质含量、高温和相对低的pH的致密材料。另外，需要在能量成本降低的同时将水稀释最小化的方法。
发明内容
在第一方面，本发明涉及处理生物质材料的方法，其包含至少以下步骤：
-该生物质材料的预处理，包含以下步骤：
1)在高于140℃的温度下热水解，随后
2)湿式爆炸，导致中间产物的干物质浓度高于25％，且温度高于90℃，
-随后在消化罐中发酵该中间产物，
且其特征进一步在于，通过将该中间产物混合到在从该消化罐开始的再循环回路中输送的该消化罐的一部分内容物中从而将其引入该消化罐中，其中该混合是在该中间产物和该消化罐的该一部分内容物的混合物进入该消化罐之前进行。
在第二方面，本发明涉及处理生物质材料的装置，其中该装置包含：
-一个或多个反应器，
-连接到反应器的一个或多个压力释放罐，用于释放生物质上的压力，以及
-连接到压力释放罐的一个或多个消化罐，用于发酵，
其中消化罐连接到压力释放罐，用于将与压力释放罐的一部分内容物混合的消化罐的一部分内容物的再循环。
本文上述的涉及再循环的改进都不能克服这一需要：即需要高度专业化设备进一步处理加工由采用热水解工艺的常规预处理步骤产生的具有高温(例如高于90℃)、相对高干物质含量(例如高于25％)和相对低的pH(例如低于5)的产物。
相反，本发明的方法和装置使用正在发酵的一部分材料的再循环以克服上述对专业化设备、冷却、中和和/或稀释(例如用水)的正常需要。
附图说明
图1(示意性地)示出了本发明的实施例。
图2(示意性地)示出了已知现有技术方法的典型实施例，涉及(例如)使用蜗杆、螺旋(spiral)或螺旋(helical)输送机通过管道输送具有高干物质含量的材料。
图3(示意性地)示出了本发明的实施例，用于首先通过热水解(d)和湿式爆炸(j)预处理生物质，且随后将由此获得的中间产物在消化罐(q)中发酵，其中消化罐的一部分内容物在再循环回路(t)中输送进入压力释放罐(j)中，该实施例包括被引入冷凝器(g)和循环泵(k)的闪蒸蒸汽的任选特征，以及用于引导冷凝物到下游消化罐(q)或进一步加工来回收化学品(p)的选项。
图4(示意性地)示出了本发明的实施例，用于首先通过热水解(d)和湿式爆炸(j)预处理生物质，且随后将由此获得的中间产物在消化罐(q)中发酵，其中消化罐的一部分内容物在再循环回路(t)中输送进入压力释放罐(j)中。
图5(示意性地)示出了本发明的实施例，其中消化罐(q)的一部分内容物脱水(ah)并作为干物质含量增加的所谓脱水饼返回到进料线路(a)，用于热水解反应器(d)，从而将其与以其它方式进料到此工艺的生物质材料混合在一起。
具体实施方式
本发明涉及处理生物质材料的方法，其包含至少以下步骤：
-该生物质材料的预处理，包含以下步骤：
1)在高于140℃的温度下热水解，随后
2)湿式爆炸，导致中间产物的干物质浓度高于25％，且温度高于90℃，
-随后在消化罐中发酵该中间产物，
且其特征进一步在于，通过将该中间产物混合到从该消化罐开始的再循环回路中输送的该消化罐的一部分内容物中而将其引入该消化罐中，其中该混合是在该中间产物和该消化罐的该一部分内容物的混合物进入该消化罐之前进行。
由类似THP工艺产生的材料中的干物质含量通常极高，有时高于90％。当干物质含量高于25％时，当使用常规设备和装置时，问题出现了，因为中间产物不能通过标准管道并采用标准泵送设备输送到消化罐。因此，需要高度专业化的设备，例如具有螺旋(screw)、螺旋(spiral)或螺旋(helical)输送机的管道，且由于材料的相对低的pH和高温以及干物质含量，因此任何设备的使用都需要频繁的维护和修理。因此，本发明方法产生的一个优势是，根据传统方法需要通过专业化设备输送的具有高干物质含量的材料，如今与来自下游消化罐的再循环流混合。由于消化罐的内容物具有较低的干物质含量和较低粘度，混合流具有相对较低的干物质含量和粘度，且因此适用于通过标准管道并采用标准泵送设备方便输送。
容器、管道且尤其是热交换器/冷却器内部的结垢、结块和有时堵塞是某些材料、特别是富含木质素、树脂等的有机材料的热处理期间的已知问题。生产力降低和操作难题可能对此类工厂的运营至关重要。可能需要频繁使用就地清洁系统来维持可操作性，并且通常使用碱性清洁化学品。在下游厌氧消化工艺(发酵)中发生的生物降解降解有机酸，并利用碱性液体建立相对碱性的环境。本发明的额外优势是容器、管道、阀门和冷却器从消化材料的再循环中获益，提供连续的碱性清洁，而无需在正常操作期间添加额外的化学品。对于大多数原料，此工艺无需使用就地清洁(CIP)化学品。对于最困难的原料，额外的清洁化学品的消耗将大大减少。
纤维和纤维素材料的行为受几个因素的影响。本发明人已经发现保持纤维悬浮的能力的影响因素之一是pH。由于有机材料的热预处理而产生的低pH使得难以保持纤维悬浮，因此阻塞成为主要问题。本发明的再循环的主要优势是碱性消化物增加pH，由此改变纤维和纤维素材料的行为，使其保持悬浮，并允许其被泵送到下游工艺而不使用输送机系统。
本发明人具体发现，在消化罐中发酵期间获得的pH通常在pH 7.3-8.3的范围内，有利于纤维润湿性和输送性质。完全或部分水解的生物质纤维，例如从湿式爆炸获得，具有在低pH(例如pH低于6)下与剩余中间产物分离的趋势。因此，通过再循环消化罐的一部分内容物并与来自湿式爆炸的产物混合，可以增加其它轻微酸性中间产物的pH值，并保持完全或部分水解的生物质纤维溶解。
在本发明的具体实施例中，将中间产物与再循环发酵产物混合后获得的消化罐的进料的pH高于pH 6；在优选的实施例中，混合后消化罐的进料的pH高于pH 6.5。
根据本发明的一个实施例，上述中间产物的温度高于100℃。
在此类情况下，即涉及温度高于100℃的中间产物，可以获得额外的优势，因为然后可以使用通常伴随此类中间产物的蒸汽(当作为类似THP工艺的结果时)加热或甚至巴氏灭菌包含有机来源的材料(例如液体厩肥)在内的其它工艺流，这些有机来源的材料将在消化前被加入到预处理的材料中。
在本发明的另一个实施例中，上述中间产物的pH低于5。
由热水解预处理产生的中间产物通常是酸性的(例如pH 4-5)。因此，除了此类产物通常在引入基于厌氧消化的工艺之前必须进行单独中和(需要使用化学品)的事实之外，酸性材料从预处理工艺到消化罐的输送可能还涉及专业化设备。然而，在本发明的方法中，来自消化罐的再循环的同时，可以实现中间产物的至少一部分中和。从而在降低对化学品中和和/或其它用于输送酸性材料的专业化设备的需要方面实现了额外的优势。在本发明的一个实施例中，中间产物通过与来自消化罐的再循环材料混合来中和。可以调整本发明的方法，使得中间产物的酸度越高，则将要再循环的消化物越多，以便获得最佳的pH范围。
作为另一个益处，本发明的工艺可以在封闭系统中进行。因此，周围环境将受益于不经受挥发性化合物，否则后者可能从经历预处理和随后的消化罐中发酵的材料中蒸发，并且其可能是潜在的危险且闻起来非常糟糕。
热水解预处理通常可以分批进行。类似连续的工艺流程可能在热水解的下游，因此可以处理、捕获和使用从湿式爆炸释放的相对大量的蒸汽(即在材料的温度高于100℃的情况下)，这进一步导致整个工艺的外部能量消耗最小化。
根据本发明，从消化罐到压力释放罐的再循环优选地可以是连续的工艺流程。由于热水解进料，压力释放罐优选是分批工艺，在此情况下，压力释放罐中的水解液含量会变化。当以此方式应用本发明的方法时，压力释放罐进一步用作缓冲储存罐，由此获得向下游消化罐和其中的发酵工艺的连续工艺流程。
对于大型设备，有利的是包括一个以上反应器用于热水解预处理。以此方式，可以运行几个具有延迟循环的批次，由此向压力释放罐的输出也随时间分布，因为用于加热反应器的所需蒸汽输入更均匀地分布。后者有利于蒸汽生产设施的尺寸设计和其能源需求。向压力释放罐的半连续流动可以以此方式获得。另外，包括一个以上用于热水解步骤的反应器的另一个优势是将来自生物质储存罐的生物质进料到热水解罐的连续性增加的上游优势。
在本发明的一个实施例中，来自湿式爆炸步骤(在一个或多个压力释放罐中进行)的返回蒸汽可以用于在将生物质泵送到反应器之前预热预热罐中的生物质。在生物质填充期间和之后，还将蒸汽提供给反应器，以将生物质加热至所需温度。从而减少了向反应器添加新鲜蒸汽的需要。
由生物质材料的预处理(即热水解和湿式爆炸)产生的中间产物通常将具有高于25％的干物质浓度和高于90℃的温度。通常，具有高干物质含量的中间产物的输送是通过高度专业化设备来解决。此外，中间产物的温度通常是由传统的冷却水来降低。本发明是基于消化罐的至少一部分内容物的再循环，从而消除了在中间产物能够进入消化罐之前由其它必要的处理所产生的缺点。生物质材料的预处理可以以如下所述的各种方式进行。
在文献中已经描述了许多不同的预处理方法用于生物质材料，其中糖类等的内容物更容易获得，其中一些方法在本文中在背景部分中提及。最著名的是：强酸和弱酸水解、湿式爆炸、湿式氧化(WO)、氨纤维爆炸(AFEX)、热水解(液态热水-LHW)及其组合。这些处理可以单独地或以任何组合形式作为本发明的预处理的一部分。根据预处理的选择，本发明的方法可以进一步包含对生物质进行全部或部分研磨的预处理步骤。
预处理步骤的其它细节描述如下：
热水解
将生物质和/或有机废物材料引入反应器，其中将材料与直接或间接蒸汽混合并加热至高于140℃的温度，通常在140-220℃的范围内、优选在140-200℃、更优选150-190℃、甚至更优选160-180℃的范围内且最优选170℃(在饱和压力下)。当达到所需温度和所需压力时，材料可以在这些条件下保持5-30min、优选10-25min、更优选10-20min且最优选15-20min。
在本发明的一个具体实施例中，热水解在高于140℃的温度下进行并保持5-30分钟，随后通过将压力从5-35巴减小到大气压来进行湿式爆炸。
湿式氧化
在本发明的一个实施例中，方法进一步包含湿式氧化，此氧化优选地可以在热水解步骤之后但在湿式爆炸之前进行。在热水解终止后，可以将适当的氧化剂加入到材料中，优选氧气、过氧化氢或空气，其量可以取决于木质素的含量，并且通常相当于材料的COD(化学需氧量)含量的2-20％、优选3-19％、更优选5-17％(例如优选7-16％)、更优选8-15％(例如优选9-14％)、更优选10-13％并由反应器的压力发展决定。湿式氧化通常可以在170-220℃的温度范围内进行。
随着湿式氧化进行，压力和温度可以分别增加到15-35巴、优选20-35巴、更优选25-35巴且最优选30-35巴和170-210℃、优选180-200℃、更优选为190-200℃。在一个实施例中，氧化所处压力高于步骤1)的热水解中的饱和压力。当添加氧化剂后达到所需温度和所需压力时，材料可以在这些条件下保持1-30min、优选5-25min、更优选10-20min且最优选15-20min。任选地，在湿式氧化反应终止之后，材料的压力可以部分地释放到5-10巴。在这种情况下，可以进行后续湿式爆炸的压力区间为5-35巴。如果不进行部分压力释放，则压力区间为1-35巴。
在本发明的一个具体实施例中，方法包含在15-35巴的压力和170-220℃的温度下的氧化，其保持1-30分钟。在本发明的更具体实施例中，方法包含在15-35巴的压力和170-210℃的温度下的氧化，其保持1-30分钟，此氧化在另一个优选的实施例中在热水解之后但在湿式爆炸之前进行。
湿式爆炸
在热水解步骤和任选的湿式氧化步骤终止之后，处理的生物质材料此后被引导到一个或多个压力释放罐，在此期间压力从5-35巴降低；压力通常可以降低到低于2巴、优选低于1.5巴的压力。优选地，压力从15-35巴降低到大约1巴，即大气压。在此湿式爆炸期间，大多数细胞结构被分解。湿式爆炸后，氧化材料的温度立即优选为95-110℃，使材料无菌。当热处理材料从热水解反应器排放时，通过反应器和下游压力释放罐之间的压力差来驱动向一个或多个压力释放罐的排放。由于压力降，冷凝的蒸气将在压力释放罐内部闪蒸。湿式爆炸是通过一个压力释放罐进行的，或者在两个或更多个压力释放罐中依次进行。术语“闪蒸罐”和术语“压力释放罐”在本文中可互换使用。
发酵
在冷却到所需温度后，经处理材料可通过发酵进一步加工成乙醇、氢、乳酸、甲烷、琥珀酸、有机酸或其它所需产物。
本发明的总体工艺还可以涵盖用酶(例如纤维素酶)处理，以便在发酵为乙醇或其它发酵产物之前将碳水化合物转化成一水合物。
在预处理之后，浆料和/或其水相可以进一步进行酶促水解处理，导致纤维素和半纤维素的至少部分水解，以获得含有一定量的微生物可发酵糖类的浆料和/或水相。
此类酶促水解处理的目的是水解在湿式氧化处理(如果有的话)和/或纤维素和/或半纤维素来源的蒸汽爆炸期间产生的寡糖和可能的多糖物质，形成可发酵糖类(例如葡萄糖、木糖和可能的其它单糖)。
在本发明的一个实施例中，方法进一步包含该中间产物的酶促水解，酶促水解在发酵步骤之前进行，但可以在该中间产物与该消化罐的一部分内容物混合之前或之后进行。在优选的实施例中，方法不包含任何单独的酶促水解步骤。
酶促水解可以通过用一种或多种合适的碳水解酶(糖苷酶，EC 3.2)处理以已知方式实现。在优选的实施例中，碳水解酶选自由以下组成的群组：在水解纤维素或纤维素片段的情况下，纤维素酶(EC 3.2.1.4)；在水解木糖的情况下，木聚糖酶(例如内切-1,4-3-木聚糖酶，EC 3.2.1.8)；在纤维素可溶性片段水解成葡萄糖的情况下，包括葡聚糖-1,3-β-葡糖苷酶(外切-1,3-β-葡聚糖酶，EC 3.2.1.58)或内切-1,3(4)-β-葡聚糖酶，EC 3.2.1.6的3-葡聚糖酶，以及水解果胶和其它半乳糖醛酸情况下的果胶酶(多聚半乳糖醛酸酶，EC3.2.1.15)。在这方面相关的商业酶产品包括可从丹麦巴格斯瓦德的诺和诺德公司(NovoNordisk A/S)获得的CelluclastTM，例如作为CelluclastTM1.5L(液体制剂)。Celluclast显示出纤维素酶活性(将纤维素降解为葡萄糖、纤维二糖和较高级葡萄糖聚合物)和某种程度的木聚糖酶活性。
通过水解获得的可发酵糖、特别是单糖产物可用于进一步转化以产生其它有用的产物(例如乙醇或木糖醇)。因此，可以使用如本文所述的相关发酵微生物将葡萄糖(衍生自纤维素)和木糖(衍生自半纤维素中的木聚糖)转化为乙醇，并且例如可以视情况通过已建立的方法(例如通过催化氢化或通过发酵)将木糖转化成木糖醇。
在根据本发明的方法中，中间产物在一个或多个消化罐中进行发酵。发酵步骤可以采用一种或多种能够降解存在于该液相中的寡糖和/或单糖以形成乙醇的发酵微生物。
关于(例如)葡萄糖发酵产生乙醇，能够将葡萄糖转化成乙醇的任何微生物都可以用于本发明的工艺中。例如，合适的微生物包括中温微生物(即在20-40℃的温度范围内生长最佳的微生物)，例如也被称为“面包酵母”的酵母，酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)。
关于(例如)木糖发酵产生乙醇，能够将木糖转化成乙醇的任何微生物都可以用于本发明的工艺中。有用的微生物包括(例如)某些类型的嗜热菌(即在高温-通常是超过约50℃的温度下生长最佳的生物体)和由其衍生的遗传工程微生物。在优选的实施例中，用于乙醇发酵的合适的生物体选自由以下组成的群组：包括马瑞氏热厌氧杆菌(T.mathranii)的热厌氧杆菌菌种、包括运动发酵单胞菌(Z.mobilis)的发酵单胞菌菌种和酵母菌种(例如毕赤酵母菌种)。马瑞氏热厌氧杆菌的有用菌株的实例描述于Sonne-Hansen等人，1993或Ahring等人，1996中，其中该菌株命名为菌株A3M4。
应当理解，有用的乙醇发酵生物体可以选自上述有用生物体之一的遗传修饰生物体，该遗传修饰生物体相对于其来源的生物体，具有增加或改进的乙醇发酵活性。本文所用的表述“遗传修饰细菌”以该术语的常规含义使用，即指通过使生物体经历任何常规使用的诱变处理(包括用化学诱变剂如乙烷磺酸盐(EMS)或N-甲基-N'-硝基-N-硝基胍(NTG)、UV光处理)获得的菌株或自发发生的突变体，包括经典诱变。此外，由于可以通过随机诱变或通过选择自发发生的突变体，即不使用重组DNA技术来提供遗传修饰细菌，可以设想，一旦特定DNA序列经鉴定和分离，上述生物体的突变体可以通过包括定点诱变和PCR技术以及此类序列的其它体外或体内修饰技术的此类技术来提供。
使用具有不同最佳生长温度要求的微生物分别发酵葡萄糖和木糖以产生乙醇，因此可能需要以两阶段工艺进行所讨论的发酵步骤，其中在前述步骤之后的浆料和/或水相因此首先在适当的条件下与其中一种微生物接触(例如在约30℃的温度下，酿酒酵母)，且随后在其合适条件下与其它微生物接触(例如在约70℃的温度下，马瑞氏热厌氧杆菌)。在本发明中，消化罐的一部分内容物的再循环可以用两个阶段中的一个或两个的内容物进行。在需要增加冷却能力的情况下，再循环可以优选地用第一个较不温暖的阶段完成。两个阶段可以适当地在单独的发酵反应容器中进行或在相同的反应容器中依序进行。
与具有明确的工艺并且依赖于例如温度、pH和酶添加量的酶促水解相反，发酵反应在所选微生物需要存在适当生长条件的角度上更为关键。此外，生长培养基(在本情况中为预处理的生物质材料)，就(例如)营养物质和毒性或抑制物质而言，需要保持平衡。重要的平衡包括：C:N比、NPK平衡、S含量和关键的微量营养物质含量。一些生物质材料可能一开始就包含低量成分，例如但不限于硒、钼和钴。因此，特别是单侧的生物质材料可能一开始就包含优化发酵所需的低量的某些关键成分。在此类情况下，将原始材料与补充性生物质材料平衡将是有益的，且因此本发明也允许基于混合生物质材料的工艺。在平衡材料无法实现的情况下，基于发酵期间的实际营养物质平衡分析，可能需要添加微量营养物质。如果需要，根据基于对发酵材料的微量营养物质的分析而认为需要的营养物质混合物的类型，可以通过放置在循环回路上的注入点添加营养物质溶液，或者通过将营养物质直接添加到进入发酵反应容器的材料进料中。也可以加入化学品以便结合某些成分，否则这些成分若以高浓度存在则会抑制工艺。此类成分的实例是硫，其若在某些工艺中以高浓度存在，则可以抑制预期的发酵工艺，但是其可以通过加入FeCl溶液以结合硫成为硫酸铁而去除。
关于本发明，特别值得注意的是，酶促水解通常产生pH为4至6的水解液。由首先热水解且然后湿式爆炸预处理的生物质材料的发酵，另一方面，得到pH通常在7-8.5范围内、优选在pH 7-8.3的范围内且更优选在pH 7.3-8.3的范围内的发酵产物。从pH的这些差异可以看出，根据本发明，本文上述的纤维润湿性、溶解性和因此输送性质增加的优势仅通过将一部分消化罐内容物再循环到来自湿式爆炸的产物而获得，并且不会通过从酶促步骤的任何可能的再循环而获得。由于从消化罐开始的再循环回路，本发明方法提供了pH增加的消化罐进料。在本发明的具体实施例中，将中间产物与再循环发酵产物混合后获得的消化罐进料的pH高于pH 6；在优选的实施例中，混合后消化罐进料的pH高于pH 6.5。
影响发酵工艺的一些工艺参数是固体停留时间(SRT)和水力停留时间(HRT)。后者是可溶性化合物保持在消化罐中的平均时间长度的量度。通过在从发酵容器开始的循环回路上引入分离步骤，如附图所示，对于发酵工艺，SRT和HRT可以显著不同。在本发明的方法中，发酵通常可以作为连续工艺进行，HRT为10-40天、优选15-30天，且SRT为10-40天、优选20-40天，确保存在于生物质材料中的难降解固体更长时间地暴露并因此增加其挥发性固体减量(VSR)。在本发明的一个实施例中，发酵是连续工艺，HRT为2至20天之间；优选10至20天之间；更优选15至17天之间。在本发明的另一个实施例中，发酵是连续工艺，SRT为15至40天之间；优选20至40天之间，且更优选30至40天之间。就其本质而言，上述分离步骤的效率对于所产生的HRT和SRT之间的差异是重要的。另一方面，高度的分离也可能耗能，这可能对所有应用都是不利的。为此目的设计的水力旋流器通常足以以可接受的尝试有效改善HRT和SRT之间的差异，并且通常能够使得固体停留时间(SRT，与HRT相比)提高5-30％，这取决于具体的底物和工艺参数。
在本发明的另一个实施例中，测试揭示了在两个阶段中进行水解的积极作用。因此，在本发明的优选实施例中，发酵容器的一部分内容物可以脱水并作为干固体(DS)含量增加的所谓脱水饼返回到进料线路，用于水解步骤，从而将其与以其它方式进料到在附图的a或x中该工艺的生物质材料混合。脱水可以在位置ac或ah进行或者视情况在下游脱水。然后材料的一部分可以在合适的位置重新进料到该工艺，以便实现存在于生物质材料中的难降解固体的两阶段水解。本发明的此类实施例在附图5中图解说明。脱水可以在离心机、带式浓缩机、带式压力机、压滤机、螺旋压力机或任何其它适合的脱水机器中进行。与传统离心机相比，不同脱水机器(例如重力带式浓缩机和螺旋压力机)的组合可显著增加电耗降低的潜力。降低的电耗可能在沉降式离心机电耗的1/2-1/6的范围内。
可以采用任何合适的已知类型的发酵反应容器(消化罐/发酵罐)进行所讨论类型的一个或多个发酵步骤。关于合适的反应容器的更多细节，可以参考(例如)J.E.Bailey和D.F.Ollis，1986。分批发酵和连续发酵都适用于此。术语“发酵反应容器”、“消化器”和“消化罐”在本文中可互换使用。
在乙醇发酵步骤之后，从发酵培养基中分离乙醇。
再循环
如本文前面所述，本发明的方法使用来自消化罐内容物的再循环流，其中来自消化罐的一部分内容物再循环至预处理的最终步骤，且因此与中间产物混合。预处理的最终步骤是湿式爆炸，或任选地在生物质材料上进行的任何进一步的预处理步骤。
来自消化罐的材料的流量优选地比明显高于由预处理(热水解、湿式爆炸及任选地进一步预处理，如湿式氧化)的最终步骤产生的预处理材料的流量，通常高3-30、优选5-25倍。以这种方式，进入消化罐的所得混合流将具有与消化罐的正常工作工艺参数相容的pH、温度和干物质含量。此外，干物质及因此粘度将通过用消化物再循环3-30次来平衡再循环进行调整。然而，再循环本身不影响来自热水解反应的进料的平均干物质含量。相反，干物质含量可以在热水解(ag)之前以(例如)图3、4和5所述的方式通过用水稀释来调整，或经由再循环回路进入压力释放罐(af)中来调整。
根据本发明的实施例，将消化罐的一部分内容物与一部分中间产物混合，使得至少10份(体积)的消化罐内容物与一份(体积)中间产物混合，优选至少20份(体积)的消化罐内容物与一份(体积)中间产物混合。
混合可以通过使来自各个管道的流进入混合罐或直接进入公共管道来实现。混合可以通过额外的混合装置来实现。
再循环可以(例如)通过将来自消化罐的内容物注入压力释放罐液位以下来进行，从而同时获得有效的混合。或者，来自消化罐的再循环流可以(例如)通过喷嘴引导到压力释放罐的顶部，由此再循环流同时用作骤冷液，用于冷凝压力释放罐内部的闪蒸蒸汽。
在本发明的优选实施例中，混合在压力释放罐中进行；作为再循环步骤的主要优势之一是湿式爆炸后的纤维润湿性和输送性质增强。因此，通过在湿式爆炸之后但在中间产物的任何输送之前直接进行混合，获得最大的益处。然而，稍后阶段的混合也是可能的。
10份(体积)的消化罐内容物与一份(体积)中间产物的混合应理解为将两种产物以体积比10:1混合；优选体积比在3:1至30:1的范围内，取决于进料特性，并在相同的压力和温度下测量。
措辞“消化罐内容物”是指由发酵产生但在发酵产物(例如乙醇)分离之前的液体和/或水性浆料。
措辞“中间产物”是指由预处理产生但在发酵之前的液体和/或水性浆料。
术语“一部分内容物”应理解为液体和/或水性浆料的部分量或全部量。
在根据本发明的实施例中，将一份(体积)中间产物以至少5m3/h、优选至少10m3/h的流量引入混合。来自消化罐的内容物或中间产物的流量在25℃和1巴下测量，表示为m3/h。
生物质材料可以选自由以下组成的群组：秸秆、木材、纤维、饵料、纸浆和废物流；或选自来自其它加工业(如食品加工业)的副产物、能源作物、树叶、树枝、浆料和家庭废物或适用于生产乙醇或其它生物产物的其它类似材料。优选地，生物质材料选自富含纤维素和/或半纤维素的生物质。秸秆、木质纤维和能源作物(例如玉米)特别实现了有益的结果。在本发明的一个优选实施例中，生物质材料选自由以下组成的群组：秸秆、木质纤维和能源作物(例如玉米)。
通常，引入本发明方法的生物质可以具有50-80％的干物质含量。在根据本发明的一个实施例中，引入工艺的生物质材料的干物质浓度高于25重量％、优选高于50重量％且更优选高于75重量％。干物质含量或浓度的百分比是指重量百分比，即％(w/w)。
根据本发明的一个实施例，中间产物的干物质浓度高于25重量％、优选高于30％、更优选高于35％且最优选高于40％。中间产物在此是指在该预处理步骤之后，与来自消化罐的再循环内容物的任何混合之前或用水进行任何的进一步稀释之前的预处理产物(热水解和湿式爆炸)。
根据所应用的生物质材料，本发明的方法可以进一步包含一个或多个稀释步骤。生物质材料或中间产物的稀释可以在该方法期间的几个点进行。例如，稀释可以在热水解之前进行，例如通过将水引入热水解反应器；或在热水解反应器的上游进行，例如通过将水引入再循环回路进入压力释放罐或直接引入压力释放罐。后一种选择允许使用稀释用水以至少部分地将闪蒸蒸汽骤冷。由于消化罐中的干物质含量要低得多，所以干物质含量的稀释可以额外由来自消化罐的再循环材料的体积比来调节。
在本发明的优选实施例中，经由再循环回路或直接进入压力释放罐进行稀释。
稀释(如有必要)有助于控制消化罐进料中的干物质含量，且从而有助于控制负荷率。消化罐的负荷率通常可以在2-10kg VS/m3/天的范围内(VS＝挥发性固体)，并且可以优选在3-6kg VS/m3/天的范围内。不同的进料材料可以提供不同的粘度，并且可以相应地调整负荷率。传统上，生物质粘度是负荷率的限制因素之一，然而，本发明显著改善了纤维润湿性和输送性质，从而允许更高的负荷率。
来自消化罐的低温流可以进一步用于冷凝来自压力释放罐的气相，从而产生额外优势：即能够从气相回收原本会丢失的有益成分(例如挥发性酸)到消化罐中。此外，可以以这种方式从气相中提取和分离不期望的成分，例如糠醛，以避免抑制下游消化器，或用于随后的外部纯化和使用，或氧化用于热量回收。
通过使用由发酵产生的一部分液体和/或水性浆料作为冷却介质，可以实现来自压力释放罐的气相的冷凝(使气体成为液态)。
根据本发明的一个实施例，通过使用消化罐的一部分内容物作为冷却介质，将来自预处理的一部分气相冷凝。
措辞“一部分气相”是指压力释放罐中气相的部分量或全部量。
在本发明的一个实施例中，经冷凝气相中的糠醛通过提取而分离。糠醛也称为呋喃-2-甲醛(furan-2-carbaldehyde)。其它名称是(例如)呋喃-2-甲醛(furan-2-carboxaldehyde)、呋喃甲醛、糠醛(furfuraldehyde)、2-呋喃甲醛和焦粘醛。
在本发明的实施例中，来自压力释放罐中的气相的挥发性酸被冷凝，且然后再循环到消化罐中，在此其可用于发酵。挥发性酸是指低沸点酸，如碳酸、乙酸和丁酸。
本发明还涉及实现与本发明方法所述相同的优势的装置。
在第二方面，本发明涉及处理生物质材料的装置，其中该装置包含：
-一个或多个反应器，
-连接到反应器的一个或多个压力释放罐，用于释放生物质上的压力，以及
-连接到压力释放罐的一个或多个消化罐，用于发酵，
其中消化罐连接到压力释放罐，用于将与压力释放罐的一部分内容物混合的消化罐的一部分内容物的再循环。本文提及的“反应器”也可以称为“热水解反应器”。
如本领域技术人员将知道的，对于大多数应用而言，消化罐包括可以从顶部表面、侧面或底部出来的出口。然而，对于某些类型的进料材料，具有不同的固体停留时间(SRT)和水力停留时间(HRT)可能是有益的。这可以通过将一个或多个分离器或浓缩机包括在本发明的装置中来获得。
本发明的方法和装置可以进一步包含一个或多个分离器或浓缩机，优选一个或多个水力旋流分离器，连接到从消化罐开始的再循环回路用于分离固体，该分离器或浓缩机的一个出口的干物质含量增加，且一个出口的干物质含量较低，干物质含量增加的出口可以被引回到消化罐中，或者可以优选地连接到压力释放罐，且干物质含量较低的出口可能是消化罐排放出口。
在本发明中可以应用消化罐出口(即从顶部表面、侧面或底部出来)和/或由具有较低干物质含量的分离器的出口补充的任何组合。然而，为了获得SRT和HRT之间的最大差异，可以使经由分离器的出口最大化，并且可以使直接来自消化罐的出口最小化。
在本发明的一个实施例中，方法和装置进一步包含连接到从消化罐开始的再循环回路的分离器，用于分离固体，该分离器的一个出口的干物质含量增加，且一个出口的干物质含量较低，干物质含量增加的出口连接到压力释放罐，且干物质含量较低的出口是消化罐排放出口。在此实施例中，分离器优选地可以是水力旋流器。
在本发明的一个实施例中，方法或装置进一步包含连接到消化罐排放出口的用于分离固体的分离器；分离器的一个出口的干物质含量增加且一个出口的干物质含量较低，干物质含量增加的出口连接到热水解反应器的入口，或连接到热水解反应器的生物质进料；且干物质含量较低的出口是工艺的排放出口。以这种方式，干物质含量增加的分离部分可以返回到热水解反应器进行第二次热水解处理。在此具体实施例中，分离器优选地可以选自离心机、带式浓缩机、带式压力机、压滤机和螺旋压力机。该装置或方法可以仅具有经由分离器的排放出口，或者其可以具有经由分离器的排放出口及直接来自消化罐的排放出口二者。
分离器通常可以是旋风分离器(例如水力旋流器)、离心机、带式浓缩机、带式压力机、压滤机、螺旋压力机或任何其它适当的分离或脱水机器。
在本发明的一个实施例中，提供了三个并联的反应器。反应器的数量可能与此不同。使用三个反应器可以实现反应器的连续填充。
本发明的装置可以包括一个以上的压力释放罐。通过串联使用至少两个压力释放罐，可以回收更多的能量。
根据本发明的实施例，该装置可以进一步但不一定包含连接到消化罐和压力释放罐、通过使用消化罐的一部分内容物作为冷却介质用于冷凝来自压力释放罐的一部分气相的热交换器。在两阶段压力释放罐解决方案的情况下，第二罐可以配备内部冷却回路，而不是再循环消化罐。
在本发明的一个实施例中，装置进一步包含提取组件，用于从冷凝气相分离糠醛。
在本发明的另一个实施例中，热交换器连接到消化罐，用于再循环冷凝气相中的挥发性酸。
本文中关于本发明的方法所描述的特征和实施例适用于本发明的装置，只是加以必要的变更；且反之亦然。
附图的详细描述
图1示出了用于预处理生物质和有机废物部分、随后进行生物降解(如厌氧消化)的方法和装置。通常在接收/储存(a)仓中接收的固体生物质和/或有机废物部分通过进料装置(c)(通常为进料阀门或蒸汽辅助进料系统)输送(b)到一个或多个高压反应器(d)。将高压蒸汽(e)加入到反应器中，并通过关闭入口和出口阀门(c和f)，达到足够的压力以实现所接收生物质的有益水解。当达到足够的蒸汽压力时，阀门保持关闭，直到有益的保持时间过去。根据原料的特性，在加热和保持期间去除一些气体可能是有益的。如果这些气体不被排出，气体可以通过释放阀门(h)被引导到冷凝器系统(g)。在保持时间过去之后，在打开排放阀门(f)之前，通过释放阀门(h)可以减小压力。当排放阀门打开时，预处理材料通过牢固支撑的排放管道(i)快速排放到闪蒸罐(j)。排放速率由反应器和下游闪蒸罐(j)之间的压力差驱动。由于压力降，冷凝的蒸汽将闪蒸，并与闪蒸罐(j)内部的材料和水分离。闪蒸罐(j)内部释放的过剩闪蒸蒸汽通过管道从闪蒸罐顶部释放出来。闪蒸蒸汽优选被引导到冷凝器(g)。优选由具有循环泵(k)的骤冷塔和冷凝物冷却器(I)组成的冷凝器液化过剩的蒸汽。冷凝器可以视情况用直接注入冷凝器(g)的冷的冷却水进行操作。非冷凝物(m)从冷凝器排放出来，因此可能需要气味处理。冷凝物被排放回到闪蒸罐(n)、通过管道输送(o)到下游工艺，或者从可能用于化学品回收(p)的进一步处理工艺中分离出来。生物降解材料，例如来自下游厌氧消化器(q)的消化物，通过消化器循环泵(r)循环到闪蒸罐。通过在液位以下(t)注入闪蒸罐，实现了闪蒸罐内部的混合。如果优选闪蒸罐内部的冷凝，则再循环流通过喷嘴(s)引导到闪蒸罐的顶部，因此，闪蒸罐用作冷凝闪蒸蒸汽的骤冷器。由于抑制物的全部产生，此类冷凝可能不是有益的。在此类情况下，冷凝应在单独的冷凝器(g)内部进行。预处理的材料、冷凝物和再循环的生物降解材料(如消化物)的混合物将通过进料泵(u)泵送到下游工艺，例如厌氧消化器(q)。根据下游工艺中的优选温度，冷却可以在冷却器(v或w)中进行。
从热预处理中获益的液体生物质(x)可以直接或通过进料系统(a或b)加入到反应器(d)中，以在反应器之前进行有利的混合。从热预处理获益较少的液体生物质(y)可以直接引导到闪蒸罐，或者到消化器循环回路(z-1或z-2)。必须选择适当的泵(aa和ab)用于将液体生物质输送到该工艺中。
图3示出了用于首先预处理生物质(例如有机废物)且随后通过发酵进行生物降解的方法和装置的另一个实例。图3如图1所述，除了没有冷凝物冷却器(I)，且没有将冷凝物(n)排放回闪蒸罐(j)，然而示出了用水稀释的两个可能的连接，一个经由再循环回路到闪蒸罐(af)，且一个连接到热水解反应器(d)的入口(c)。进一步示出了连接到消化罐(q)和闪蒸罐(j)之间的再循环回路的分离器或浓缩机(ac)，分离器(ac)具有输出(ad)。来自消化罐(q)的直接出口显示为(ae)。
图4示出了用于首先通过热水解(d)和湿式爆炸(j)预处理生物质，且随后将由此获得的中间产物在消化罐(q)中发酵的方法和装置的另一个实例，其中消化罐的一部分内容物在再循环回路(t)中输送进入压力释放罐(j)中。通常在接收/储存(a)仓中接收的固体生物质和/或有机废物部分通过进料装置(c)(例如进料阀门或蒸汽辅助进料系统)输送(b)到一个或多个高压反应器(d)。从热水解中获益的液体生物质(x)可以直接或通过进料系统(a或b)加入到反应器(d)中，以在反应器之前进行有利的混合。将高压蒸汽(e)加入到反应器(d)中，并通过关闭入口和出口阀门(c和f)，达到足够的压力以实现所接收生物质的有益水解。当达到足够的蒸汽压力时，阀门保持关闭，直到有益的保持时间过去。根据原料的特性，通过释放阀门(h)去除一些气体可能是有益的。可以通过释放阀门(h)减压。当排放阀门(f)打开时，预处理材料通过排放管道(i)快速排放到压力释放罐(j)。排放速率由反应器和下游压力释放罐(j)之间的压力差驱动。由于压力降，冷凝的蒸气将闪蒸，且可以通过管道从压力释放罐顶部释放出来。来自下游消化罐(q)的发酵材料(例如消化物)通过消化器循环泵(r)并经由分离器或浓缩机(ac)循环到压力释放罐(j)。分离器(ac)具有输出(ad)且来自消化罐(q)的另一个直接出口显示为(ae)。通过在液位以下(t)注入压力释放罐，实现了压力释放罐内部的混合。如果优选压力释放罐内部的冷凝，则再循环流通过喷嘴(s)引导到压力释放罐(j)的顶部，由此，压力释放罐(j)用作冷凝闪蒸蒸汽的骤冷器。预处理的材料和再循环的生物降解材料(如消化物)的混合物将通过进料泵(u)泵送到下游工艺，例如消化罐(q)。根据下游工艺中的优选温度，冷却可以在冷却器(v或w)中进行。从热预处理获益较少的液体生物质(y)可以直接引导到压力释放罐，或者到从消化罐开始的循环回路(z-1或z-2)。用水稀释可以经由再循环回路(af)到闪蒸罐(j)而引导到工艺中或直接引导(ag)到热水解反应器(d)的入口(c)。必须选择适当的泵(aa和ab)以将液体生物质输送到该工艺中。来自消化罐(q)的直接出口显示为(ae)。
图5示出了本发明的另一个实施例，其中消化罐(q)的一部分内容物在分离器(ah)中脱水(ah)并作为干物质(干固体)含量增加的所谓脱水饼返回到进料线路(a)，用于水解步骤，从而将其与以其它方式进料到此工艺的生物质材料混合在一起。

Claims (14)

1.一种用于处理生物质材料的方法，其包含至少以下步骤：
所述生物质材料的预处理，其包含以下步骤：
1)在高于140℃的温度下热水解，随后
2)湿式爆炸，产生干物质浓度高于25％且温度高于90℃的中间产物，
随后在消化罐中发酵所述中间产物，以及
所述方法的特征进一步在于，通过将所述中间产物混合到被输送于从所述消化罐开始的再循环回路中的所述消化罐的一部分内容物中从而将其引入所述消化罐中，其中所述混合是在所述中间产物和所述消化罐的所述一部分内容物的混合物进入所述消化罐之前进行。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述中间产物的温度高于100℃。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述中间产物的pH值低于5。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包含在高于步骤1)中所述热水解的饱和压力的压力下进行的湿式氧化，并且在所述热水解之后和所述湿式爆炸之前进行。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中将所述消化罐的所述一部分内容物与所述中间产物混合，其方式使得至少10份(体积)所述消化罐的内容物与一份(体积)所述中间产物混合，优选至少20份(体积)所述消化罐的内容物与一份(体积)所述中间产物混合。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中通过使用所述消化罐的一部分内容物作为冷却介质，将来自所述预处理的一部分气相冷凝。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述冷凝气相中的糠醛是通过提取分离。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述冷凝气相中的挥发性酸被再循环到所述消化罐中。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中引入所述方法的所述生物质材料具有高于50重量％的干物质浓度。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中引入所述方法的所述生物质材料选自由以下组成的群组：秸秆、木材、纤维、饵料、纸浆、浆料和家庭废物。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中
所述热水解在高于140℃的温度下进行并保持5-30分钟，随后
通过将压力从5-35巴减小到大气压来进行湿式爆炸。
12.一种用于处理生物质材料的装置，其中所述装置包含：
一个或多个反应器，及
连接到所述反应器的一个或多个压力释放罐，用于释放所述生物质上的压力，以及
连接到所述压力释放罐的一个或多个消化罐，用于发酵，
其中所述消化罐连接到所述压力释放罐，用于将与所述压力释放罐的一部分内容物混合的所述消化罐的一部分内容物的再循环。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述装置进一步包含分离器，所述分离器连接到从所述消化罐开始的再循环回路，用于分离固体，所述分离器的一个出口的干物质含量增加，且一个出口的干物质含量较低，干物质含量增加的所述出口连接到所述压力释放罐，且干物质含量较低的所述出口是所述消化罐排放出口。
14.根据权利要求12至13中任一项所述的装置，其中所述装置进一步包含用于分离固体的分离器，所述分离器连接到消化罐排放出口；所述分离器的一个出口的干物质含量增加且一个出口的干物质含量较低，干物质含量增加的所述出口连接到热水解反应器的入口，或连接到所述热水解反应器的生物质进料；且干物质含量较低的所述出口是所述方法的排放出口。
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