CN107208372B - 木质纤维素原料的预处理工艺 - Google Patents

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Abstract

公开了用于将木质纤维素原料从低压区输送至高压区的工艺。首先提供所述木质纤维素原料的浆料，其然后经历包括如下的多步骤液体除去过程：通过重力将游离液体的至少一部分排泄；在低压区中通过如下而除去第一部分的毛细管液体：将所述木质纤维素原料的物流连续地压缩以达到在第一目标范围内的水分含量；通过如下而除去第二部分的毛细管液体：在柱塞物形成装置中剪切和压缩所述木质纤维素物流，以在连接至高压区的柱塞物形成装置出口处形成具有在第二目标范围内的水分含量的木质纤维素原料柱塞物。在第一部分的所述毛细管液体的除去中，在将所述经排泄的木质纤维素原料的物流在带式压滤机的流动方向上传送的同时，至少一个第一压缩装置将所述经排泄的木质纤维素原料的物流连续地压缩至第一控制压力。

Description

木质纤维素原料的预处理工艺
描述
背景技术
木质纤维素原料可被转化为有用的化合物例如生物燃料和生物化学制品，但是通常需要预处理来打破木质纤维素结构以提高其中包含的碳水化合物的可接近性。迄今为止已经开发了许多水热预处理，其在液态水或者蒸汽的存在下处理原料，全部是在加压环境中发生的。压力通常是通过水或者蒸汽注入而实现的。蒸汽爆炸是广泛使用的预处理，其中蒸汽压力快速释放以导致木质纤维素结构的爆炸性破裂。
因此，干的接收到转化设施中的原料必须从大气压输送至工艺压力。由于工业中的转化工艺典型地以连续方式进行，因此原料物流必须在防止灾难性的压力损失的同时进入加压区，所述压力损失可扰乱压力条件，从而使设施操作停止，并且导致对操作者的严重伤害。加压区可为加压预处理反应器或者在预处理反应器上游的加压区。虽然已经实施了不同的解决方案以在中试规模上将原料连续地输送至加压反应器，但是在工业规模上稳定的连续输送仍然是严重问题，因为原料必须以非常高的质量流量(典型地好几十或者几百公吨/小时)输送。
在工业规模上输送粉碎的低密度生物质例如秸秆原料方面产生另外的问题。由于原料的低密度，因此输送高的质量流量意味着搬运(装卸、操纵，handling)惊人的体积流量(以立方米/小时计)。在使用容积式(volumetric)装置例如生物质压缩机来将轻质原料输送至所述设施的加压段的情况下，该问题变得关键。在这些条件下，容积式装置在输送速率方面呈现出瓶颈。
迄今为止已经开发了不同的策略来在处于渐增压力的区之间输送原料。
根据第一种策略，将连续的原料物流划分成等分部分(aliquot)，各等分部分被相继地输送至高压区，从而将两个区保持为隔离的。
作为一个实例，US7600960公开了基于闸门(sluice)系统的方法，根据该方法，首先将产物传送通过计量(portioning)装置，其产生相隔均匀的颗粒自由空间的一序列均匀的产物部分，随后将产物部分各个地传送通过闸门装置。所述装置包括至少一个闸门腔室和两个压力栓，所述压力栓的至少一个在任何时刻保证两个压力区之间的气密阻隔，并且通过活塞螺杆将产物部分从第一区强制加载到闸门腔室中，所述活塞螺杆的轴实际上与闸门腔室的轴成一直线；和通过活塞螺杆或活塞或者通过以比第二压力区的压力高的压力供应的气体、蒸汽或者液体将产物部分从闸门腔室强制卸载并且进入到第二压力区中。
US7600960的方法本质上是复杂的，需要长序列的操作来输送少部分的原料，从而限制了原料输送速率。此外，压力栓在长的操作时间时经历故障，并且可被堵塞，尤其是在输送以高的速率操作时。
根据用于将原料物流输送至高压区的第二种策略，首先将原料与水或者其它液体混合以形成稀释的浆料，其更容易被传送通过在压力下的不同的预处理工艺步骤。由此，将原料以浆料形式从低压区输送至高压区。水的添加促进了在预处理反应器上游和预处理反应器内的单元操作中木质纤维素原料的运输和机械搬运。
可使用一系列专门设计的泵将木质纤维素原料的浆料加压至高于高压区中的压力。
在一些情况下，为了被输送至高压区，将稀释的原料浆料通过浆料泵而泵至中间压力和进料至高压进料装置，其可为旋转输送装置或者柱塞物(栓状物、栓塞物，plug)形成装置。这些解决方案(特别是针对纸浆和造纸工业中使用的木片原料)的实例公开于US5476572、US5622598和US5635025及US5766418中。如这些专利中描述的，使用浆料泵将浆料进料至高压输送装置使所需要的系统的复杂性和物理尺寸显著地减小，并且提高了可操作性和可维护性的容易性。
US6325890公开了用于将粉碎的纤维素纤维材料例如木片进料至处理容器例如连续蒸煮器(digester)的顶部系统和方法。所公开的方法和系统通过消除US5476572、US5622598和US5635025及US5766418中使用的高压输送装置而提供提升的简单性、可操作性和可维护性。代替高压输送装置，使用位于处理容器顶部以下至少30英尺并且用于将浆料加压至至少约10巴表压的压力的一个或多个浆料泵将经汽蒸并且浆料化的木片加压。US6325890由此公开了通过使用高压浆料泵将粉碎的纤维素纤维材料直接输送至蒸煮器的方法。
所提及的用于输送浆料形式的原料的解决方案存在许多缺点。首先，将原料浆料稀释并且所存在的液体的质量通常为所存在的原料固体的至少5-25倍以使浆料均匀地流动。这暗示着，在工业规模上应当管理可观量的液体，其可容易地达到数千公吨/小时的流速。由于在大气压下这可能不是严重问题，因此通过高压浆料泵对这样的流速进行加压和泵送是不合理的。其次，高压区典型地是通过在高温下的蒸汽注入以加热原料而加压的。该加热所需要的蒸汽的量是浆料的总质量(包括用于浆料的运输的水添加)的直接函数。因此，大量水的存在需要大量的蒸汽来用于所述加热。
根据用于将原料物流输送至高压区的第三种策略，通过连接至例如螺旋压榨机、螺旋进料器、压缩机、挤出机和类似装置的柱塞物形成装置将原料输送至高压区。将原料处理成达到合适的水分含量，然后插入到柱塞物形成装置中，在柱塞物形成装置中其被推进和连续地压缩以在连接至高压区的柱塞物形成装置出口处形成原料柱塞物。同时，由于在柱塞物形成装置中的机械作用，将液体从原料除去。原料柱塞物原则上能够动态地密封高压区，从而防止蒸汽损失，但是由于频繁的柱塞物不均匀性，其无法在工业规模上的高的流速下工作。该解决方案的主要缺点是如下事实：该密封用柱塞物通常无法连续地工作，并且柱塞物损失极其频繁。此外，在高的流速下，柱塞物损失频率增加。另一问题由如下所呈现：这样的用于压缩原料的装置的高能耗，这也暗示着耗散所产生的热。另外的问题是，液体从柱塞物形成装置的有效除去，以防止不可压缩的流体的积聚。
US8691050公开了用于通过“流动进料器”将粒状材料连续地输送到加压蒸汽反应器中的方法和装置。材料例如木质纤维素生物质原料被压实为<700kg/m3的“低密度”柱塞物，其通过利用蒸汽冷凝区而提供对加压蒸汽的动态密封。蒸汽冷凝区移动到“低密度”柱塞物中的速率被将压实的材料进料到加压反应器中的速率所抵消。优选的装置通过使用反抗由卸载装置提供的反压力工作的加载装置而在流动进料器腔室内将材料压实。压实的材料被卸载装置主动地瓦解和进料到反应器中。在优选实施方式中，压实的材料是在其中蒸汽冷凝区和低压入口区之间的界面在流动进料器腔室内保持静止的稳态操作中进料的。即使US8691050公开的解决方案减少了形成柱塞物所需要的能量，其也无法在现实应用中工作，因为完美的稳态是不可能长期保持的并且柱塞物损失增加。
US8328947公开了用于将木质纤维素原料中的多糖水解以产生单糖或者用于预处理木质纤维素原料的方法，其中将木质纤维素原料的含水浆料进料到加压脱水区中，在所述加压脱水区中将原料部分地脱水，然后压缩成柱塞物。所述柱塞物提供脱水区的出口和反应区之间的压力密封。
在US8328947中，提供用于将木质纤维素原料中的多糖水解以产生单糖或者用于预处理木质纤维素原料的方法，其中将木质纤维素原料的含水浆料通过高压浆料泵进料到加压脱水区中，在所述加压脱水区中将原料部分地脱水。所述脱水区包括用于在压力下从所述含水原料浆料除水的一个或多个装置。适合用于该发明中的脱水装置包括加压螺旋压榨机(如下文中更详细地描述的)和加压过滤器。将来自所述脱水区的出口区的经部分脱水的木质纤维素原料物流移动至柱塞物形成区的入口区。在这样的区中，所述经部分脱水的木质纤维素原料物流形成柱塞物，所述柱塞物起到所述脱水区的出口区和反应区的入口区之间的连续压力密封物的作用。将所述柱塞物引入到在等于大于约90psia的压力(Pr)下和在合适的温度和pH条件下操作的反应区中以水解所述多糖或者预处理所述原料。所述柱塞物提供所述脱水区的出口和所述反应区之间的压力密封物。在所述脱水装置的入口处的所述木质纤维素原料的含水浆料的压力通过该专利中所指示的微分数学公式与Pr关联，全部意味着，所述含水浆料的压力通过高压浆料泵从起始压力升高至更接近于Pr的中间压力，从而减小原料柱塞物必须连续地经受的压力差。
US8328947中公开的方法呈现出已经提及的用高压浆料泵以高的流速泵送稀释的浆料的缺点。此外，将其在高的流速下从加压脱水区除去可变成重要的问题。
在工业规模上对木质纤维素原料预处理中，存在与浆料形式的原料的输送有关的许多问题，其在现有技术中未被解决。
所要解决的一个首要问题是防止原料堵塞到经加压的输送导管(conduit)例如经加压的管道(pipe)中，特别是在粉碎的秸秆的情况下。
另一问题是大量的浆料化木质纤维素原料的加工，这暗示着在短的时间内脱水和除去大量的液体。即，在工业规模上，每小时加工好几十或者几百吨生物质并且需要防止从所述浆料除去的液体在脱水装置中积聚，因为不可压缩的流体的积聚将使脱水是低效率的。
该问题的一种解决方案是使用如US8328947中描述的并行的输送系统和装置，但是该简单的解决方案使成本增加。而且，其会引入复杂性，因为其会暗示管理处于不同压力下的区之间的多个界面，从而提高在高压区的加压方面的频繁故障的风险。
所要解决的另一问题是在工业规模上将所述浆料脱水所需要的能量。一方面，由于成本原因，需要减少能量消耗，另一方面，如果在脱水装置中耗散了大的功率，则温度会显著升高，从而提高了机械故障的风险。
进一步的问题与其中原料为秸秆例如小麦秸秆的木质纤维素浆料的输送有关。秸秆原料典型地具有非常低的水分含量；当浆料化时，其在游离水出现之前吸附大量的水。该吸附的水或液体(其为毛细管液体)然后难以被除去，因为其是形成能够密封在不同压力下的工艺区的原料柱塞物所需要的。
在通过涉及将木质纤维素原料、特别是秸秆原料在处于不同压力下的区之间输送的预处理工艺预处理木质纤维素原料方面产生的上述问题没有一个被现有技术所解决，特别是在如工业应用所需要的高流速的情况下。
发明内容
根据本发明的一个方面，公开了将木质纤维素原料从低压区输送至高压区的连续工艺。将所述木质纤维素原料通过柱塞物形成装置引入到所述高压区中，所述柱塞物形成装置从连接至所述低压区的入口接收所述木质纤维素原料，通过赋予剪切和压缩力而从所述木质纤维素原料除去液体，同时推进所述木质纤维素原料通过内部腔室以在连接至所述高压区的柱塞物形成装置出口处形成原料柱塞物。所述原料柱塞物能够连续地保持所述低压区和所述高压区之间的压力差，条件是所述原料柱塞物的原料的水分含量在特定目标范围内。
发明人已经发现，连续地进入所述柱塞物形成装置的木质纤维素原料必须具有在窄的目标范围内的水分含量。即，在水分含量太高的情况下，所述柱塞物形成装置将从所述木质纤维素原料除去相关(相应、成比例，relevant)量的不可压缩的液体并且难以将其从所述柱塞物形成装置的内部腔室取出。另一方面，在进入所述柱塞物形成装置的木质纤维素原料的水分含量太低的情况下，所述原料柱塞物将不能保持低压区和高压区之间的压力差。
由于所述原料被连续地、从而以物流形式引入到所述柱塞物形成装置中，发明人还已经发现，如下是必要的：进入所述柱塞物形成装置的木质纤维素原料的等分部分的水分含量在窄的目标范围内，其中所述等分部分具有与所述柱塞物形成装置的内部腔室的容积相当的体积。
发明人已经发现，为了达到该严格的要求，所述木质纤维素原料必须是以浆料形式以这样的方式提供的：所述浆料中的木质纤维素原料的水分含量大于进入所述柱塞物形成装置的原料的窄的水分含量目标范围。然后通过在多步骤脱水过程中逐渐除去液体而将所述原料浆料脱水。首先，通过重力将至少相关部分的游离液体排泄(排流，排水，drain)以产生包括毛细管液体的经排泄的木质纤维素原料，所述毛细管液体为不是作为游离液体存在的液体。然后，通过压缩除去第一部分的毛细管液体。由于所述第一部分的毛细管液体容易被除去，因此大量的液体在该压缩步骤中被除去，所述压缩步骤在低压区中进行，所述低压区优选地处于大气压下。然后通过所述柱塞物形成装置通过赋予剪切和压缩力而除去较难以除去的第二部分的毛细管液体。
发明人还已经发现，除去所述第一部分的毛细管液体的步骤可便利地通过如下而进行：将所述木质纤维素原料的物流以在特定范围内的压缩率(compression rate)连续地压缩，由此所述压缩不是对整个原料，而是对所述原料的等分部分开动的(actuate)。进入所述压缩步骤的原料物流可随着时间而变化，因为流速是时变的(time-variable)，或者因为水分含量是时变的、或者不是均匀的。在这些情况下，压缩率可在所述压缩率范围内随着时间而变化，以达到进入所述柱塞物形成装置的木质纤维素原料的均匀的水分含量。发明人已经发现，通过将所述木质纤维素原料连续地压缩到至少一种控制压力，进入所述柱塞物形成装置的木质纤维素原料的水分含量的均匀性大幅改善，并且该特征使在所述柱塞物形成装置的出口处的原料柱塞物的稳定性提高。
进行所述连续压缩步骤到所述至少一种控制压力的优选方式是使用带式压滤机，其中在将所述木质纤维素原料的物流在所述带式压滤机的流动方向上传送的同时开动所述压缩到至少一种控制压力。如现有技术中已知的，在带式压滤机中，两个环形带耦合以限定压缩区域。所述控制压力可通过作用于所述带式压滤机的至少一个带的合适的压缩装置例如活塞或者弹簧而实现。所述压缩装置强制所述带沿着所述流动方向在至少一个位置处上下移动，直至施加了所述控制压力。优选地，存在多个沿着所述流动方向分布的压缩装置，各自具有特定的控制压力，并且所述压缩装置的所述控制压力更优选地沿着所述流动方向而升高。由此，连续地压缩所述木质纤维素原料以除去所述第一部分的毛细管液体的优选方式是具有可变的压缩区域轮廓(profile)的带式压滤机。以此方式，使所述木质纤维素原料的物流的水分含量逐渐均等(equalize)以在进入所述柱塞物形成装置之前达到均匀的水分含量。
因此，根据本发明的另一方面，公开了从木质纤维素生物质的浆料逐渐地除去液体的工艺，其中所述液体除去是分布在不同的区中的。分布的液体除去可在短时间内除去大量的总液体，从而如工业应用中所需要的那样防止液体积聚。
根据本发明的另一方面，还公开了用于提供木质纤维素原料的浆料的不同工艺。然后可根据所公开的输送工艺将木质纤维素原料的浆料输送至高压区。
在用于提供木质纤维素原料的浆料的第一工艺中，使具有起始液体保持能力的木质纤维素原料在包括水的浸泡液体中经历浸泡步骤以提供木质纤维素原料的浆料，其包括游离液体和经浸泡的木质纤维素原料。所述液体保持能力描述所述原料保持毛细管液体的能力。所述液体保持能力是在通过重力从所述浆料排泄所有的游离液体之后所述木质纤维素原料的以重量计的最大百分比水分含量。优选地，所述浸泡步骤进行足以将所述木质纤维素的水分含量提高至或者接近于起始液体保持能力的时间。在一种优选实施方式中，所述浸泡步骤以连续方式进行并且所述浸泡液体进一步包括得自所述木质纤维素原料的非木质纤维素组分并且在所述浸泡步骤中溶解的水溶性化合物例如溶解的盐和酸、或者蜡。在另一优选实施方式中，在所述浸泡步骤期间将外部污染物例如石头或者金属物体从所述木质纤维素原料分离。
发明人还已经发现，所述木质纤维素原料的起始液体保持能力可通过温和的水热处理而提高。因此，在用于提供木质纤维素原料的浆料的第二工艺中，使所述木质纤维素原料在包括水的处理液体中在60℃-160℃的温度下经历处理达足以提高起始液体保持能力的时间。通过提高所述木质纤维素原料的液体保持能力，就进入所述柱塞物形成装置的所述木质纤维素原料的物流中的水分含量更好的均匀性而言，下游脱水工艺可得以改善。任选地，所述温和的水热处理之前可为用于将所述木质纤维素的水分含量提高至或者接近于起始液体保持力的所公开的浸泡工艺。
根据本发明的另一方面，公开了预处理木质纤维素生物质的工艺，所述工艺是以如工业应用所需要的高流速连续地操作的，其中首先以包括游离液体和包含毛细管液体的木质纤维素原料的浆料形式提供木质纤维素原料。所述浆料可通过如下工艺提供：其包括用于提高木质纤维素原料的水分含量而不显著地改变起始液体保持能力的所公开的浸泡步骤、或者用于提高起始液体保持能力的所公开的温和的水热步骤、或者这两种工艺步骤。然后通过所公开的输送工艺将所述木质纤维素原料输送至高压反应器，其中将游离液体和毛细管液体通过如下的序列而逐渐除去：通过重力而排泄、压缩、以及压缩和剪切。在所述高压反应器中，使所述木质纤维素原料经历在160℃-250℃范围内的温度下的水热处理(其对应于高苛刻度处理)，以产生经预处理的木质纤维素原料，其然后优选地通过快速释放在所述高压反应器中施加至所述原料的压力而蒸汽爆炸。
所公开的预处理工艺防止所述原料堵塞装备(例如，输送装置中的装备)，并且同时降低在将所述原料输送至加压反应器期间来自加压反应器的危险的压力损失的风险。这些问题特别是在秸秆原料的情况下出现，因此秸秆原料是优选的原料。
在所述加压反应器中，使所述木质纤维素原料在处于液相或者蒸汽相、或者其组合的水的存在下在高压下经历水热处理。优选地，通过快速释放施加所述原料的压力，使所述木质纤维素原料进一步经历蒸汽爆炸。
具体实施方式
所公开的工艺为用于预处理木质纤维素原料的工艺。优选地，所述木质纤维素原料的尺寸已经被减小(例如通过切割、劈砍或者其它手段)，并且其作为粉碎的木质纤维素原料进入所公开的工艺。
木质纤维素原料的描述可参见W02013098789第5-10页。即使所公开的工艺可用于任何种类的木质纤维素原料，在秸秆原料例如小麦秸秆的情况下其是特别合适的。本领域中已知，粉碎的秸秆原料在其被传送或者压缩时形成粘性的浆料，其呈现出很多搬运问题例如堵塞管线。而且，在将所述原料以高的流速加工的情况下(这是最令人感兴趣的实际应用)，这些搬运问题被放大。
因此，优选的木质纤维素原料为秸秆，优选地小麦秸秆、水稻秸秆、或者大麦秸秆。蔗渣(bagasse)、特别是甘蔗渣(sugar cane bagasse)是另一优选原料。
所公开的工艺为连续工艺。为了使工艺是连续的，如下不是必要的：将木质纤维素生物质物流连续地引入到所述工艺中，但是可将其以稳定的等分部分或者脉冲引入。因此，可存在可没有木质纤维素原料进入所述工艺时的时刻。但是，随着时间推移，引入到所述工艺中的总质量等于从所述工艺除去的总质量。连续和间歇工艺之间的一个区别特征是，在连续工艺中，所述工艺在将所述木质纤维素原料引入到所述工艺中和/或将其从所述工艺除去的同时发生或者进行。其另一种表述方式是，所述工艺在同步地或者同时除去所述木质纤维素原料时发生。这样的除去以包括等分部分或者脉冲除去的连续方式进行。
如典型地在转化设施中接收的木质纤维素原料典型地为干燥的原料。此情况下的水分含量优选地小于50％、更优选地小于30％、甚至更优选地小于20％、和最优选地小于10％。
所述木质纤维素原料具有起始液体保持能力，其可通过如下测量：将所述原料用过量的水、优选地在产生包括游离液体的均匀浆料的搅拌下、在大气压和25℃下浆料化足以将所述木质纤维素原料用水饱和的时间。例如，可将浆料保持1小时。然后通过滗析从用水浸泡的木质纤维素生物质分离游离液体，所述木质纤维素生物质因此保留最大量的不是游离水的水。所述液体保持能力是在将所有游离液体通过重力排泄之后的以湿重计的水的百分比量。液体保持能力(其表示为在除去游离液体之后的木质纤维素原料的重量％水)可取决于原料的种类在宽的范围内变化；例如，其可为50％-90％、或者60％-90％、或者65％-80％、或者70％-75％，以湿重计。
所公开的工艺的第一步骤是提供木质纤维素原料的浆料。
在提供木质纤维素原料的浆料的第一优选实施方式中，将所述木质纤维素原料在包括水的浸泡液体中在30℃-100℃的浸泡温度下浸泡。
所述浸泡温度可为40℃-99℃、优选地40℃-90℃、和最优选地50℃-85℃。
选择浸泡时间(其为在一个浸泡容器中或者在连续工艺的情况下系列的浸泡容器中的停留时间)以将所述木质纤维素原料的水分含量提高至起始液体保持能力的至少80％、优选地起始液体保持能力的至少90％、和最优选地起始液体保持能力的95％。浸泡时间可为30秒-300分钟、优选地1分钟-20分钟、更优选地2分钟-20分钟、甚至更优选地2分钟-15分钟、甚至还更优选地3-10分钟、和最优选地1-3分钟。所述浸泡时间是在不改变所述木质纤维素原料的液体保持能力的条件下进行的。
除了碳水化合物(主要为葡聚糖和木聚糖)和木质素之外，所述木质纤维素原料还包括非木质纤维素水溶性化合物。所述非木质纤维素水溶性化合物包括不同于碳水化合物并且在所述木质纤维素生物质中自然存在的化合物，其中包括：包含钠、钙、钾、铵、镁的阳离子和阴离子的有机和无机盐；通常的蜡和提取物。在一种优选实施方式中，将这些化合物的至少一部分溶解在所述浆料液体中，因为它们可在下游工艺步骤中产生许多问题。
取决于浸泡温度和浸泡时间，所述木质纤维素组分的少量碳水化合物可溶解于所述浆料液体中的可溶性糖。优选地，浸泡条件使得所述水溶性化合物的大部分溶解在提取水中，同时未发生所述碳水化合物的显著溶解。
所述浸泡步骤优选地在容器、系列容器、或者池或系列池中在大气压下以连续方式进行。可将所述木质纤维素原料连续地或者以等分部分在所述浸泡容器的入口处引入到所述浸泡容器中，和可将其通过传送手段、优选地在促进所述原料的浸泡的搅拌下传送至所述浸泡容器的出口。
所述浸泡步骤优选地在相对于所述浸泡容器中存在的木质纤维素原料的量大幅过量的液体中进行。可通过调节进入和离开分离容器的物流的流量而控制所述浸泡容器中的液体的量。
所述浸泡步骤由此提供所述木质纤维素原料的浆料，其包括游离液体和经浸泡的木质纤维素生物质。
在提供木质纤维素原料的浆料的另一优选实施方式中，使所述木质纤维素原料在水的存在下在60℃-160℃的温度下经历处理。水可以液相或蒸汽相存在。水可作为蒸汽或者液体存在于所述反应器中或者添加至所述反应器。在一个实施方式中，在所述木质纤维素原料进入所述处理反应器之前或者同时，将蒸汽添加至所述木质纤维素原料。在另一实施方式中，将水添加至所述处理反应器。所公开的处理进行足以产生包括游离液体和经处理的木质纤维素原料的浆料的时间，其中所述经处理的木质纤维素原料具有大于起始液体保持能力的液体保持能力。所述经处理的木质纤维素原料的液体保持能力可比起始液体保持能力大至少5％、优选地比起始液体保持能力大至少10％、和最优选地比起始液体保持能力大至少20％。在保持能力方面的该百分比增加是通过如下确定的：将提高的液体保持能力除以起始液体保持能力减去1并且乘以100以获得在液体保持能力方面的百分比增加。所述经处理的木质纤维素原料的液体保持能力可为50％-99％、或者60％-95％、或者65％-95％、或者80％-85％，以湿重计。处理时间可为5分钟-3小时、优选地10分钟-2小时、和最优选地30分钟-1小时。由此，所公开的处理是在温和条件下操作的水热处理。在所述处理期间可发生所述碳水化合物一定程度的溶解，但是其优选地为低的。在所述热处理中溶解的碳水化合物的百分比量可为进入所述温和的水热处理的所述木质纤维素原料的碳水化合物的小于10％、优选地小于5％、更优选地小于3％、甚至更优选地小于2％和最优选地小于1％重量。
所述温和的水热处理优选地在可处于大气压下或者加压条件下的反应器容器中进行。在一个实施方式中，处理温度小于100℃并且所述反应器容器处于大气压下。在另一实施方式中，处理温度大于100℃并且反应器压力处于大于100kPa的压力下。反应器压力可由饱和蒸汽平衡条件限定。反应器压力可小于600kPa、优选地小于400kPa、和最优选地小于200kPa。在一种进一步的实施方式中，即使处理温度小于100℃、优选地大于80℃，反应器压力也大于100kPa，这可由于流体动力学效应特别是所述反应器的操作模式而发生。
所述温和的水热处理之前可为先前公开的浸泡工艺。在该实施方式中，优选地将在所述浸泡步骤中产生的浆料的浆料液体的至少一部分从经浸泡的木质纤维素原料分离，然后使所述经浸泡的木质纤维素原料经历所述温和的水热处理。优选地，将游离液体的至少一部分从经浸泡的木质纤维素原料分离。任选地，还可分离经浸泡的木质纤维素原料的一部分毛细管液体。所除去的液体包含对下游工艺步骤有害的化合物并且因此被优选地从所述工艺取出。
所公开的温和的水热处理由此提供优选的木质纤维素原料浆料，其包括游离液体和经处理的木质纤维素生物质。
然后使木质纤维素原料的浆料经历包括许多步骤的相继的液体除去工艺。
首先，通过在重力的作用下排泄而除去游离液体的至少一部分。所述排泄步骤产生包括毛细管液体的经排泄的木质纤维素原料。即使优选的是不存在游离液体，也任选地可容许较少部分的游离液体。优选地，所述经排泄的木质纤维素原料中的游离液体的百分比量为所述经排泄的木质纤维素原料的小于30％、更优选地小于20％、甚至更优选地小于10％和最优选地小于5％重量，以湿重计。
游离液体的排泄优选地以连续模式或者以间歇模式、在一个或多个步骤中、例如通过传送带、竖直排泄器、倾斜排泄器、滗析器、或者其组合进行。
在一个实施方式中，在将经浸泡的木质纤维素原料从所述浸泡容器除去的同时排泄游离液体的至少一部分。优选地，将经浸泡的木质纤维素原料从所述浸泡容器的出口传送于具有用于取出所排泄的液体的手段的倾斜的带传送器上。
在另一实施方式中，在连接至或者集成于至少一个下游装置中的水平的带传送器上排泄游离液体的至少一部分。所排泄的液体可通过分布在所述带上的孔除去。
通过重力排泄可在大气压下或者在大于100kPa的压力下发生。优选地，排泄区中的压力小于或等于提供所述浆料的上游工艺步骤的压力。
然后使经排泄的木质纤维素原料经历用于除去相关部分的毛细管液体的至少两个步骤。第一部分的毛细管液体相对容易从所述经排泄的木质纤维素原料除去，由此低强度机械作用可除去相关量的毛细管液体。为了进一步除去毛细管液体，机械作用的强度必须显著提高并且逐渐地，除去的液体的量减少。根据所公开的工艺，第一部分的毛细管液体的除去通过如下而发生：压缩所述经排泄的木质纤维素原料的物流以产生经脱水的木质纤维素原料物流，之后通过在柱塞物形成装置中压缩和剪切而除去第二部分的毛细管液体。发明人已经发现，压缩必须作用于所述经排泄的木质纤维素原料的物流，以避免不可压缩的液体的积聚。液体积聚将阻碍进一步的液体除去，或者将需要人们提高压缩强度。此外，所述压缩应优选地分布在宽的压缩表面上，以便减少所除去的液体的通量(表示为每单位表面每单位时间的液体的量)以防止液体积聚。
由此，第一部分的毛细管液体的除去在低压区中发生，因为如果大量液体的除去在高压区中发生的话，则所述除去难以在工业规模上操作。优选地，所述低压区处于大气压下。在某些情况下，所述低压区可加压为大于100kPa且小于600kPa、优选地小于400kPa、和最优选地小于200kPa的压力。
优选地，所述低压区中的压力小于或等于如下的上游工艺步骤的压力：其包括提供木质纤维素原料的浆料和将游离液体的至少一部分通过重力排泄的工艺。
第二部分的毛细管液体的除去在柱塞物形成装置中在其强度典型地大于压缩步骤中的压缩力的压缩和剪切力的作用下发生。合适的柱塞物形成装置在本领域中作为螺杆压缩机、蜗杆式压缩机或类似装置而已知。所述柱塞物形成装置从作为低压区或者连接至低压区的柱塞物形成装置入口接收所述经脱水的木质纤维素物流，通过围绕位于内部腔室内的其主轴旋转并且具有设计成对所述原料施加压缩和剪切的轮廓的至少一个螺杆将所述原料传送通过所述内部腔室而去往所述柱塞物形成装置的出口。所述柱塞物形成装置的出口为高压区或者连接至高压区。液体除去在将所述木质纤维素原料传送至所述柱塞物形成装置的出口的同时发生，其中所述原料形成能够密封处于不同压力下的区的压实的柱塞物。将除去的液体通过筛滤器取出，所述筛滤器优选地邻近于所述内部腔室与所述螺杆的旋转轴共轴地设置。由此，在所述柱塞物形成装置中存在流动区域，其典型地在所述柱塞物流动装置的内部腔室内，其中容许所述木质纤维素原料从所述低压区流动至所述高压区。所述流动区域具有作为所述柱塞物形成装置的可接近容积的容积。
发明人已经发现，为了有效地操作在高流速下的毛细管液体除去的整个工艺，如下是必要的：通过第一压缩步骤产生的经脱水的木质纤维素原料物流必须具有在特定的第一目标范围内的水分含量。还取决于所加工的特定木质纤维素原料，所述水分含量可为65％-85％、优选地70％-80％、和最优选地75％-78％，以湿重计。
为了连续地操作所述工艺，防止在所述柱塞物形成装置中压力损失和液体积聚，如下是必要的：作为在所述柱塞物形成装置的出口处的压缩出口处的原料的木质纤维素原料柱塞物的水分含量在优选为窄的第二目标范围内。由此，所述原料柱塞物优选地具有在40％-60％、更优选地45％-50％、和最优选地47％-53％范围内的水分含量，以湿重计。
由此，首先提供经排泄的木质纤维素原料的物流，其可积聚在贮料仓中。所述经排泄的木质纤维素原料的物流特征在于其流速，所述流速为每单位时间进入所述压缩步骤的木质纤维素原料的量，以干料计。
将所述经排泄的木质纤维素原料的物流以在大于1:1至12:1范围内的压缩比(compression ratio)压缩，其中所述压缩比为所使用的压缩装置的几何压缩率。优选地，所述压缩比为2:1-8:1、和最优选地2.5:1-5:1。
在一个实施方式中，通过压缩将第一部分的毛细管液体除去包括使用至少一个在圆筒的内部腔室中移动的活塞，和将所述木质纤维素原料的物流划分成等分部分，所述等分部分被相继地引入到所述圆筒中并且通过所述活塞压缩。所除去的液体可通过位于所述圆筒上的孔从所述圆筒抽出。所述压缩比为当所述活塞进入与所述原料接触时被所述原料填充的体积对在压缩结束时在压缩被释放之前所述原料的体积的比率。即，在压缩被释放之后，所述木质纤维素原料可将在压缩期间积聚的内部应力松弛，从而在一定程度上增大其体积。
在另一优选实施方式中，通过压缩将第一部分的毛细管液体除去包括使用至少一个带式压滤机。所述带式压滤机为食品和制浆工业用于将非常稀的有机固体悬浮液和淤渣脱水、或者增稠的设备。在所公开的带式压滤机中，两个闭环带耦合以限定压缩区域，所述压缩区域具有：所述压缩区域的入口，将进来的物流即经排泄的原料引入所述入口中；和所述压缩区域的出口，在所述出口中将经脱水的原料物流除去。通过用于使上部和下部带过滤器以所选择的方向环行的相应的驱动手段(工具)使所述带移动。在操作条件下，所述带在所述压缩区域中具有共同的移动方向。优选的是，各带以相同的速度移动，使得液体除去通过压缩力而发生。据信，如果存在的话，剪切力对液体除去具有可忽略的影响，但是它们可促进所述原料在与所述带的移动方向平行的流动方向上的移动，由此防止在所述压缩区域的入口处的原料积聚。优选地，所述带在所述压缩区域中的移动方向是相对于重力水平的，但是所述移动方向也可相对于水平面形成小于60°、优选地小于30°、最优选地小于10°的角。
由此，可相对于重力限定上部带和下部带。所述带上的至少一个是穿孔的以促进从所述压缩区域取出除去的液体。在一种优选实施方式中，至少所述下部带呈现出分布的孔，其被成型为限制原料损失，同时避免堵塞。所述带可通过复合材料实现，并且可包括塑料材料例如聚乙烯或聚丙烯、橡胶、或其混合物。优选地，所述带为模块式的，由连接在一起以形成闭环带的刚性模块构成。相邻的模块优选地以非刚性方式连接在一起，使得它们分别围绕接头(joint)旋转轴旋转。
所述带式压滤机可在所述压缩区域中包括连接至所述带以促进所述带的移动的多个导辊。所述导辊的至少一些可配置成形成对所述带的刚性机械约束。由此，在一种实施方式中，所述压缩区域可具有在所述移动方向上固定的轮廓，即，所述压缩区域的纵界面不随时间而改变。所述压缩区域的轮廓优选地具有收敛的轮廓以逐渐地除去液体，使得液体除去是沿着所述压缩区域分布的，由此限制所除去的液体的局部通量以防止液体积聚。所除去的液体优选地通过重力收集在相对于重力位于所述压缩区域下方的液体收集器中。
在一种优选实施方式中，下部带的一部分从所述压缩区的入口在与所述移动方向的相反方向上延伸以限定用于接收所述经排泄的木质纤维素原料的进来的木质纤维素物流的接收区。进来的物流中包含的剩余部分的游离液体可因此在被传送至所述压缩区域的同时通过重力通过穿孔的底部带被排泄。在另一优选实施方式中，木质纤维素原料的浆料被作为物流接收到穿孔的底部带上并且游离液体的至少一部分的排泄发生在该穿孔的底部带上。由此，所述带式压滤机可集成排泄和压缩步骤两者。
所述带式压滤机可进一步包括用于将进来的木质纤维素物流在与带的移动方向垂直的方向上分布在底部带上和使进入所述压缩区的所述木质纤维素原料物流的厚度均等的手段(工具)。这些手段可包括静态约束物例如障碍物(barrier)。优选地，使用围绕与带的移动方向垂直的轴旋转的分布螺杆。所述轴位于距离底部带的合适距离处以在所述螺杆和底部带之间限定开口。
压缩比为所述带之间在其中进来的物流进入与上部带接触的位置中的距离对在压缩期间所述带之间的最小距离的比率。距离是在所述压缩区域中在与所述带的移动方向垂直的方向上测量的。
所述带式压滤机是在第一压力区中、优选地在大气压下操作的。在一些实施方式中，所述带式压滤机可被围封在密封的容器中，所述容器可具有大于100kPa的内部压力。在该配置中，为了从第一压力区取出所除去的液体，提供密封的连接。
由于所述经排泄的木质纤维素原料的物流来自通常在小于160℃的温度下进行，但是可以在大于160℃的温度下进行的浆料化步骤，因此所述压缩步骤优选地对热的木质纤维素原料物流进行，因为高温促进液体除去。由此，在压缩期间所述经排泄的木质纤维素原料的温度可为10℃-160℃、优选地50℃-100℃、和最优选地60℃-90℃。
发明人已经发现，在所述柱塞物形成装置的入口处保持所述经脱水的木质纤维素原料物流的水分的时间稳定性对于防止柱塞物损失和因此而来的压力下降是必要的。即，在所述柱塞物形成装置中在某一瞬间存在的经脱水的木质纤维素原料的等分部分在所述第一目标范围的水分含量之外足以使柱塞物故障的风险急剧增加。由此，为了将所述经脱水的木质纤维素原料物流认为是时间稳定的，发明人已经发现了如下的严格要求：具有与所述柱塞物形成装置的可接近容积相当的等分部分体积的所述经脱水的木质纤维素原料的任何等分部分的平均水分含量必须在第一目标范围内。所述等分部分体积可小于所述柱塞物形成装置的可接近容积的4倍、优选地小于所述柱塞物形成装置的可接近容积的2倍、优选地小于所述柱塞物形成装置的可接近容积。
另一方面，对于无穷小的等分部分体积保持所述经脱水的木质纤维素原料物流的水分含量的时间稳定性是不必要的，因为水分的波动可在某种程度上在所述柱塞物形成装置中补偿，条件是所述经脱水的木质纤维素原料物流的平均水分含量在关于作为所述柱塞物形成装置的可接近容积的至少10％、优选地所述柱塞物形成装置的可接近容积的至少20％、更优选地所述柱塞物形成装置的可接近容积的至少50％、和最优选地所述柱塞物形成装置的可接近容积的至少80％的等分部分体积的第一目标范围内。
所述经脱水的木质纤维素原料物流的水分含量随时间的稳定性将特别地受进入所述压缩步骤的经排泄的木质纤维素原料的流量的影响，所述流量为每单位时间进入所述压缩步骤的经排泄的木质纤维素原料的以干料计的量。在某些情况下，所述经排泄的木质纤维素原料的流量将随着时间而变化，因为难以连续地将恒定体积的木质纤维素原料引入到所述压缩装置中，尤其是当所述工艺以高的流速进行时。在另外的情况下，所述经排泄的木质纤维素原料物流的水分含量是不均匀的、或者不恒定的。
由于无法连续地控制所述经排泄的木质纤维素原料流量的波动，因此在一种优选实施方式中将所述经排泄的木质纤维素原料的物流连续地压缩到至少一种控制压力以达到在所述柱塞物形成装置的入口处所需要的经脱水的木质纤维素原料物流的水分含量的时间稳定性。由此，所述压缩装置将所述经排泄的木质纤维素原料的物流的水分含量降低至在第一目标范围内的值，即使向其进料具有在宽范围内可变的水分含量的经排泄的木质纤维素原料的物流也是如此，所述压缩一直施加至所施加的压力达到控制压力，并且对应于在大于1:1-12:1、优选地2:1-8:1、和最优选地2.5:1-5:1范围内的压缩比。即，不被任何解释所限制，通过对通常具有可变流量的原料物流施加固定的压力，可达到均匀的水分含量，其对应于所除去液体的可变量。可在进行所公开的连续工艺的同时随时间而改变或者调节所述控制压力，以考虑上游工艺条件的变化。由此，在一种优选实施方式中，获得使所述脱水的木质纤维素原料的水分含量均等的进一步特征。所述控制压力可在100kPa-10,000kPa、优选地200kPa和9,000kPa、和最优选地500kPa-8,000kPa的范围内。
在一个实施方式中，通过压缩除去第一部分的毛细管液体包括使用至少一个活塞，其将引入到活塞腔室中的所述原料的等分部分连续地压缩到至少一种控制压力。所述活塞可将活塞腔室中的原料逐渐地压缩至超过一种控制压力。
在一种优选实施方式中，通过压缩除去第一部分的毛细管液体包括使用带式压滤机并且至少一个第一压缩装置在将所述经排泄的木质纤维素原料的物流在所述带式压滤机的流动方向上传送的同时将所述经排泄的木质纤维素原料的物流连续地压缩至所述控制压力。在控制压力下的压缩优选地是在其中施加所述控制压力的位置中在垂直于所述流动方向的方向上施加的，即使可容许一定的倾斜也是如此。优选地，存在许多沿着所述流动方向分布的压缩装置，各自具有特定的控制压力。更优选地，所述压缩装置的控制压力沿着所述流动方向增大以获得沿着所述带过滤器的压缩区域分布的液体除去。所述压缩可由此由所述带沿着整个压缩区域施加，其中将所述压缩装置在所述位置处的压力保持为各压缩装置的恒定压力。所述压缩区域可由此具有时变性轮廓以使在所述带过滤器的出口处的原料的水分含量均等。
所述压缩装置可为弹簧，其最终被预负载以施加所述控制压力。优选地，所述压缩装置为活塞并且所述控制压力可容易地通过控制所述活塞的液压而控制。
所述压缩装置位于所述压缩区域的固定位置处并且可直接在至少一个带上、优选地在上部带上直接、或者通过机械手段间接地施加所述控制压力。所述带(一个或多个)将所施加的控制压力传递给所述原料。在一种优选实施方式中，所述压缩装置连接至多个导辊，其然后连接至所述带以促进所述带的移动。
然后将具有均匀的水分含量的经脱水的原料物流引入到连接至所述高压区的柱塞物形成装置中。所述柱塞物形成装置具有可在大于1:1至8:1、优选地1.1:1-5:1、更优选地1.5:1-3:1、和最优选地1.5:1-2.5:1范围内的压缩比。柱塞物形成装置的压缩比是根据公知的工程方法定义的标准参数。其可表示为在不存在所述原料的滞后行为的情况下在所述装置的入口处被原料占据的体积(容积)对在所述装置的出口处被经压缩的原料占据的体积(容积)的比率。
所述高压区的压力优选地在大于600kPa至4,000kPa、更优选地1,000kPa-2,600kPa、和最优选地1,200kPa-2,000kPa的范围内。
在所述柱塞物形成装置的出口处的原料柱塞物然后被正在所述柱塞物形成装置中推进的原料强制连续地进入到高压区中。在一种优选实施方式中，所述高压区为高压反应器，其中使所述原料经历在苛刻的条件下的水热处理，以产生经预处理的木质纤维素原料。与起始原料相比，所述经预处理的原料对于生物试剂或化学试剂例如酶或者无机酸具有提高的可接近性。在另一实施方式中，所述高压区连接至可处于大于所述高压区的压力下的高压反应器，并且将所述原料进一步地传送至所述高压反应器。优选地将所述原料柱塞物在重力的作用下或者通过机械手段碎裂以使暴露于水的表面增加。
所述苛刻的水热处理在可为170℃-230℃和优选地180℃-210℃的水热温度下进行可为30秒-1小时、优选地30秒-30分钟和最优选地1分钟-10分钟的水热时间。所述水热处理在液体或者蒸汽形式的水或者其混合物的存在下进行。水可作为经加压的液态水添加。优选地，使用蒸汽，其优选为饱和的，但是可为过热的。所述水热处理可为间歇或者连续的、使用或者不使用搅拌的。优选地，所述水热处理连续地进行，其中将经预处理的木质纤维素原料以连续方式从所述高压反应器的出口除去。
在一种最优选的实施方式，通过如下而使所述经预处理的木质纤维素原料进一步经历蒸汽爆炸：将施加至所述原料的压力在所述高压反应器的出口处快速释放。蒸汽爆炸是生物质领域中的公知技术并且现在和将来可获得的任何系统均被认为适合用于该步骤。蒸汽爆炸的苛刻度在文献中被称作Ro，并且是时间和温度的函数并且表示为Ro＝t×exp[(T-100)/14.75]，
其中温度T以摄氏度表示和时间t以分钟表示。该公式也表示为Log(Ro)，即Log(Ro)＝Ln(t)+[(T-100)/14.75]。Log(Ro)优选地在2.8-5.3、3-5.3、3-5.0和3-4.3的范围内。

Claims (57)

1.具有起始液体保持能力和小于第一目标范围的起始水分含量的木质纤维素原料的连续预处理工艺，所述工艺包括如下步骤：
a.提供所述木质纤维素原料的浆料；
b.通过重力将所述浆料的游离液体的至少一部分排泄以产生包含毛细管液体的经排泄的木质纤维素原料；
c.在低压区中通过如下除去第一部分的所述毛细管液体：将所述经排泄的木质纤维素原料的物流以在大于1:1至12:1范围内的压缩比压缩，以产生经脱水的木质纤维素原料物流，所述经脱水的木质纤维素原料物流具有在为65％-85％的第一目标范围内的水分含量；
d.通过如下从所述经脱水的木质纤维素原料物流除去第二部分的所述毛细管液体：在柱塞物形成装置中剪切和压缩所述经脱水的木质纤维素原料物流，以形成木质纤维素原料柱塞物和将其推进到连接至所述柱塞物形成装置柱塞物的出口的高压反应器；
e.使所述木质纤维素原料在处于液相或者蒸汽相或者其混合物的水的存在下在160℃-250℃范围内的水热温度下经历水热处理在10秒-2小时范围内的水热时间以产生经预处理的木质纤维素原料。
2.权利要求1的工艺，其中进一步包括将所述经预处理的木质纤维素原料进行蒸汽爆炸。
3.权利要求1-2任一项的工艺，其中提供所述木质纤维素原料的浆料包括如下步骤：将所述木质纤维素原料处理在处于液相或者蒸汽相的水的存在下在60℃-160℃的温度下处理足以产生包括游离液体和经处理的木质纤维素原料的浆料的时间，其中所述经处理的木质纤维素原料具有大于起始液体保持能力的液体保持能力。
4.权利要求3的工艺，其中在提供所述木质纤维素原料的浆料的步骤中所述木质纤维素原料的处理进行在选自如下的范围内的时间：5分钟-3小时。
5.权利要求3的工艺，其中在提供所述木质纤维素原料的浆料的步骤中所述木质纤维素原料的处理进行在选自如下的范围内的时间：10分钟-2小时。
6.权利要求3的工艺，其中在提供所述木质纤维素原料的浆料的步骤中所述木质纤维素原料的处理进行在选自如下的范围内的时间：30分钟-1小时。
7.权利要求3的工艺，其中所述木质纤维素原料包括碳水化合物并且在提供所述木质纤维素原料的浆料的步骤中的所述处理中溶解的碳水化合物的百分比量小于10％，以重量计。
8.权利要求3的工艺，其中所述木质纤维素原料包括碳水化合物并且在提供所述木质纤维素原料的浆料的步骤中的所述处理中溶解的碳水化合物的百分比量小于5％，以重量计。
9.权利要求3的工艺，其中所述木质纤维素原料包括碳水化合物并且在提供所述木质纤维素原料的浆料的步骤中的所述处理中溶解的碳水化合物的百分比量小于3％，以重量计。
10.权利要求3的工艺，其中所述木质纤维素原料包括碳水化合物并且在提供所述木质纤维素原料的浆料的步骤中的所述处理中溶解的碳水化合物的百分比量小于2％，以重量计。
11.权利要求3的工艺，其中所述木质纤维素原料包括碳水化合物并且在提供所述木质纤维素原料的浆料的步骤中的所述处理中溶解的碳水化合物的百分比量小于1％，以重量计。
12.权利要求1-2任一项的工艺，其中提供所述木质纤维素原料的浆料包括如下步骤：将所述木质纤维素原料在包括水的浸泡液体中在30℃-100℃的浸泡温度下浸泡足以产生包括游离液体和经浸泡的木质纤维素原料的浆料而不改变起始液体保持能力的浸泡时间，其中所述经浸泡的木质纤维素原料具有大于起始液体保持能力的80％的水分含量。
13.权利要求12的工艺，其中所述木质纤维素原料包括木质纤维素组分和非木质纤维素水溶性化合物，和所述游离液体包括水和得自所述非木质纤维素水溶性化合物的水溶性物种。
14.权利要求12的工艺，其中所述浸泡温度在选自如下的范围内：40℃-99℃。
15.权利要求12的工艺，其中所述浸泡温度在选自如下的范围内：40℃-90℃。
16.权利要求12的工艺，其中所述浸泡温度在选自如下的范围内：50℃-85℃。
17.权利要求12的工艺，其中所述浸泡时间在选自如下的范围内：30秒-300分钟。
18.权利要求12的工艺，其中所述浸泡时间在选自如下的范围内：1分钟-20分钟。
19.权利要求12的工艺，其中所述浸泡时间在选自如下的范围内：2分钟-20分钟。
20.权利要求12的工艺，其中所述浸泡时间在选自如下的范围内：2分钟-15分钟。
21.权利要求12的工艺，其中所述浸泡时间在选自如下的范围内：3-10分钟。
22.权利要求12的工艺，其中所述浸泡时间在选自如下的范围内：1分钟-3 分钟。
23.权利要求1-2任一项的工艺，其中将所述经排泄的木质纤维素原料的物流连续地压缩到至少一种控制压力。
24.权利要求23的工艺，其中在将所述经排泄的木质纤维素原料的物流在带式压滤机的流动方向上传送的同时，至少一个第一压缩装置将所述经排泄的木质纤维素原料的物流连续地压缩至第一控制压力。
25.权利要求24的工艺，其中所述第一控制压力为在选自如下的范围内的值：100kPa-10,000kPa。
26.权利要求24的工艺，其中所述第一控制压力为在选自如下的范围内的值：200kPa-9,000kPa。
27.权利要求24的工艺，其中所述第一控制压力为在选自如下的范围内的值：500kPa-8,000kPa。
28.权利要求24的工艺，其中存在超过一个沿着所述流动方向分布的压缩装置，其各自具有控制压力。
29.权利要求28的工艺，其中所述压缩装置的控制压力沿着所述流动方向增加。
30.权利要求1-2任一项的工艺，其中所述经脱水的木质纤维素原料物流的水分含量是时间稳定的。
31.权利要求1-2任一项的工艺，其中所述经排泄的木质纤维素原料中的游离液体的百分比量小于30％，以湿料计。
32.权利要求1-2任一项的工艺，其中所述经排泄的木质纤维素原料中的游离液体的百分比量小于20％，以湿料计。
33.权利要求1-2任一项的工艺，其中所述经排泄的木质纤维素原料中的游离液体的百分比量小于10％，以湿料计。
34.权利要求1-2任一项的工艺，其中所述经排泄的木质纤维素原料中的游离液体的百分比量小于5％，以湿料计。
35.权利要求1-2任一项的工艺，其中所述第一目标范围选自70％-80％，以湿重计。
36.权利要求1-2任一项的工艺，其中所述第一目标范围选自75％-78％，以湿重计。
37.权利要求1-2任一项的工艺，其中所述原料柱塞物具有在选自如下的范围内的水分含量：40％-60％，以湿重计。
38.权利要求1-2任一项的工艺，其中所述原料柱塞物具有在选自如下的范围内的水分含量：45％-50％，以湿重计。
39.权利要求1-2任一项的工艺，其中所述原料柱塞物具有在选自如下的范围内的水分含量：47％-53％，以湿重计。
40.权利要求1-2任一项的工艺，其中所述低压区处于大气压下。
41.权利要求1-2任一项的工艺，其中所述低压区被加压为大于1巴并且小于600kPa的压力。
42.权利要求1-2任一项的工艺，其中所述低压区被加压为大于1巴并且小于400kPa的压力。
43.权利要求1-2任一项的工艺，其中所述低压区被加压为大于1巴并且小于200kPa的压力。
44.权利要求1-2任一项的工艺，其中高压反应器的压力为在选自如下的范围内的值：大于600kPa至4,000kPa。
45.权利要求1-2任一项的工艺，其中高压反应器的压力为在选自如下的范围内的值：1,000kPa-2,600kPa。
46.权利要求1-2任一项的工艺，其中高压反应器的压力为在选自如下的范围内的值：1,200kPa-2,000kPa。
47.权利要求1-2任一项的工艺，其中步骤e)的水热温度为在选自如下范围内的值：170℃-230℃。
48.权利要求1-2任一项的工艺，其中步骤e)的水热温度为在选自如下范围内的值：180℃-210℃。
49.权利要求1-2任一项的工艺，其中步骤e)的水热时间为在选自如下范围内的值：30秒-1小时。
50.权利要求1-2任一项的工艺，其中步骤e)的水热时间为在选自如下范围内的值：30秒-30分钟。
51.权利要求1-2任一项的工艺，其中步骤e)的水热时间为在选自如下范围内的值：1分钟-10分钟。
52.权利要求1-2任一项的工艺，其中在压缩期间所述经排泄的木质纤维素原料的物流的温度在选自如下的范围内：10℃-160℃。
53.权利要求1-2任一项的工艺，其中在压缩期间所述经排泄的木质纤维素原料的物流的温度在选自如下的范围内：50℃-100℃。
54.权利要求1-2任一项的工艺，其中在压缩期间所述经排泄的木质纤维素原料的物流的温度在选自如下的范围内：60℃-90℃。
55.权利要求1-2任一项的工艺，其中所述木质纤维素原料为秸秆。
56.权利要求1-2任一项的工艺，其中所述木质纤维素原料选自小麦秸秆、水稻秸秆、大麦秸秆、和蔗渣。
57.权利要求1-2任一项的工艺，其中所述经排泄的木质纤维素原料的物流具有大于5吨/小时的流速，以干料计。
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