CN108290127A - 蒸汽节省装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于生物质的水热预处理的蒸汽爆炸系统的蒸汽节省装置，其包括具有第一开口端(32)和第二开口端(34)的管状体(30)。第一开口端(32)适于联接至蒸汽爆炸反应器容器(10)的出口开口(14)，第二开口端(34)适于联接至泄放管线(18)。喷嘴(16)的管状体(30)的内表面(36)可包括雕刻螺旋结构(38)。

Description

蒸汽节省装置
技术领域
本发明涉及一种蒸汽节省装置。
背景技术
常规的蒸汽爆炸系统通常包括具有入口和出口的反应器容器、管道系统和用于从经预处理的生物质分离蒸汽和其他气体的分离装置。反应器容器包括用于装载生物质和蒸汽的入口。生物质/蒸汽混合物在反应器容器中被加压达预定的时间段。浸渍了蒸汽的生物质材料然后被迅速减压并经由管道系统传送至分离装置。然后使如此获得的生物质经受进一步的处理步骤。
具有上述元件的蒸汽爆炸系统可例如从EP 2389480和EP2389445获知。
发明内容
本发明解决了减少生物质的水热预处理中的蒸汽消耗的问题。
该问题通过提供根据权利要求1所述的蒸汽节省装置或喷嘴得以解决。
所述喷嘴包括具有第一开口端和第二开口端的管状体。所述喷嘴适于插入并且联接至蒸汽爆炸反应器的出口开口，其中第二开口端联接至用于将经预处理的生物质传送到优选包括分离器的至少一个第二装置的导管，并且第一开口端与反应器容器的内壁对齐或伸入到反应器容器中。喷嘴的管状体的内表面包括雕刻螺旋结构。
本发明人惊奇地发现，喷嘴的雕刻螺旋结构将显著地减少水热预处理系统的蒸汽消耗。
喷嘴的尺寸取决于工艺参数和待处理的生物质材料。因此，喷嘴的尺寸通常必须适应特定的工艺条件。
在一个优选的实施方案中，雕刻螺旋结构的螺距在1至300mm的范围内，优选10至150mm，更优选20至100mm，最优选30至60mm。特别优选的是30、40、50和60mm。
喷嘴的长度在1至3500mm的范围内，优选10至1000mm，更优选30至600mm，还更优选60至500mm。最优选的是50、60、80、100、200、300、400和500mm的长度。可合适地选择雕刻螺旋结构的长度和螺距，使得获得约1至5个完整的回旋(convolution)、优选2个完整的回旋。
喷嘴的内表面的横截面积在10至9000mm2的范围内，优选20至8000mm2，更优选50至700mm2，还优选60至5000mm2。进一步优选的范围为10至150mm2、30至100mm2和50至80mm2以及1000mm2至8000mm2、1500至7000mm2和2000至6000mm2的范围。喷嘴的内表面的横截面积越小，总的蒸汽消耗将越小。
喷嘴可具有任何合适的形状。然而，优选喷嘴的内表面的横截面形状为圆形或椭圆形，使得生物质材料流的湍流减少。
雕刻螺旋结构的深度在0.1至15mm的范围内，优选0.5至10mm，更优选1至5mm，然而也优选1.5至3mm。
雕刻螺旋结构的宽度在0.1至3mm的范围内，优选0.5至2mm，更优选1.0至1.5mm。
喷嘴通常可由本领域技术人员已知适用于本发明目的的任何材料制成。喷嘴优选由高耐磨性材料如陶瓷材料如氧化铝制成，更优选由高纯度氧化铝材料制成，最优选由纯度高于92％、更优选纯度为99.7％、特别优选纯度为99.50至99.99％的氧化铝制成。优选维氏硬度为至少1800MPa的耐磨性。特别优选的是至少2000MPa维氏硬度的耐磨性，其中最优选至少2500MPa。
在又一个方面，本发明还涉及一种用于生物质材料的蒸汽爆炸处理的系统，其包括具有至少一个出口的加压反应器容器。如本申请中所定义的、在其内壁表面处具有雕刻螺旋结构的管状喷嘴被插入并且联接至反应器容器的所述至少一个出口。在一个优选的实施方案中，该系统还包括联接至喷嘴的导管以将经预处理的生物质传送到至少一个第二装置，所述至少一个第二装置优选包括分离器。
在本发明的系统内可使用任何合适的分离器来分离固体和蒸汽。在一个优选的实施方案中，系统包括旋风分离器。也可以使用多个旋风分离器来分离生物质和蒸汽。在一个特别优选的实施方案中，系统包括分离加压蒸汽与固体的器具。加压蒸汽可然后被再循环到反应器容器内和/或用于其他应用，从而更进一步地减少蒸汽消耗。根据本申请的“分离加压蒸汽的器具”可以以两个装置的组合来实现，其中第一个装置用作机械分离器以从经预处理的材料分离加压蒸汽，随后的旋风分离器用于进一步的蒸汽分离和膨胀至大气压力。在一个替代的实施方案中，分离器可以是压力旋风分离器。
待由系统处理的生物质材料可以是木素纤维素材料。木素纤维素材料包括但不限于植物材料如小麦秆、大麦秆、稻草、木材、木屑、锯木厂和造纸厂废弃物、玉米秸秆、甘蔗渣和其他农业残余物，专用能源作物，城市废纸以及包含纤维素、半纤维素和木质素的任何其他生物质材料。生物质材料优选具有30至70重量％、进一步优选40至60重量％、还优选45至55重量％的干物质(DM)含量。
关于一个方面描述的特征可等同地应用于本发明的其他方面。
附图说明
本发明将结合附图仅通过举例的方式来进一步描述，在附图中：
图1示出了水热预处理工艺的工艺流程图；
图2示出了具有螺旋雕刻内壁的本发明的剖开的喷嘴的一部分；
图3示出了示意在反应器容器的出口端处使用和不使用喷嘴的系统的蒸汽消耗的图。
具体实施方式
图1中描绘了工艺流程图，其示意了水热预处理系统的主要部件。该系统包括具有入口12和出口14的反应器容器10。在反应器容器10的出口14处提供有蒸汽节省装置/喷嘴16。喷嘴16联接至导管18，导管18连接到分离装置20。
在水热预处理工艺中，生物质和蒸汽经由入口12被传送到反应器容器10。生物质材料在反应器容器10中由蒸汽在高温下加压达预定的时间量。在热/压力处理后，打开出口阀14并允许经水热预处理的生物质膨胀。膨胀过程也被称为“蒸汽爆炸”。通过快速释放压力，蒸汽在生物质材料内膨胀并使生物质材料的细胞爆裂或使生物质材料脱纤。在图1所描绘的实施方案中，分离装置为旋风分离器20，其具有用于经预处理的生物质的第一出口22和用于蒸汽和其他气体的第二出口24。
在本发明的一个优选实施方案中，蒸汽节省装置为如图2中描绘的管状喷嘴16。喷嘴16包括具有第一开口端32和第二开口端34的大体圆柱形的管状体30。管状体30具有大体圆形的横截面。管状体30的内壁表面36提供有雕刻螺旋结构。图2所描绘的结构不一定对应于喷嘴16的实际尺寸。仅描绘了喷嘴16的一部分的下半部分，以便内壁表面36处的雕刻螺旋结构可见。该螺旋结构由多个深度为1mm、宽度为1.5mm的槽40组成。槽40的螺距达到30mm，使得每一个槽40沿着喷嘴16的60mm全长形成两个回旋。
图2中描绘的喷嘴16由市售的高纯度氧化铝材料(Al2O3 99.7％)制成。用该材料制成的喷嘴16在运行200小时后未检测到磨损。因此，喷嘴16不仅减少生物质的水热预处理中所需的蒸汽量，而且陶瓷喷嘴16也允许更平稳的运行，因为预处理过程不必因维护而中断。
下文中示出了在根据现有技术(无喷嘴)和具有根据本发明的喷嘴的水热预处理工艺中的蒸汽消耗的实验结果。
对比实施例：
在本实施例中，生物质材料为小麦秆捆，其在配备有在3000rpm下运行的旋转刮刀的碎捆机中打散，得到粒径为10至40cm的颗粒。这种粒径将确保麦秆的平稳输送和后续研磨步骤的运行。生物质材料被气动输送至具有30mm筛、在3000rpm下运行的锤磨机中，在这里，麦秆被切成粒径为1至5cm的块。
切后的麦秆由销钉滚筒进料器、然后是输送螺杆和螺塞输送到热预处理系统。在反应器容器中，小麦秆在反应器中于160℃下连续预处理5分钟而不添加任何化学品。在此水热预处理之后，生物质材料被输送至旋风分离器以分离有机物质与气体。
热预处理中使用的反应器容器具有横截面积约为283mm2的出口。如图3中所示，测得蒸汽达到每1kg干物质4.6kg蒸汽。
实施例1：
将根据本发明的具有雕刻螺旋结构的喷嘴插入到反应器容器的出口中。该喷嘴由氧化铝陶瓷(99.7％)制成，长度为60mm并在内壁表面处提供有雕刻螺旋结构。螺旋结构的螺距为30mm。螺旋结构的两个槽的深度为1.0mm、宽度为1.5mm。
其他工艺参数与对比实施例的工艺参数相同。
表1和图3中示出了无喷嘴和具有根据本发明的喷嘴的蒸汽消耗结果。在400kg/h的恒定干物质进料量下，无喷嘴时蒸汽消耗达到1840kg/h。这对应于每1kg干物质4.6kg蒸汽的耗汽率。
与此相比，使用根据本发明的喷嘴，对于同样的干物质进料量，蒸汽消耗减至364.7kg/h。这对应于每1kg干物质仅0.91kg蒸汽的耗汽率，其表示蒸汽消耗有效减少了5倍。
作为最后的优点，在使用根据本发明的喷嘴时，喷嘴与分离器装置之间的导管中产生的压力减小。减压会有利地影响管道系统的寿命。

Claims (9)

1.一种喷嘴(16)，其适于联接至并插入到用于生物质的水热预处理的蒸汽爆炸系统的反应器容器(10)的出口开口(14)中，所述喷嘴(16)包括：
具有第一开口端(32)和第二开口端(34)的管状体(30)，
所述第一开口端(32)适于联接至并插入到所述反应器容器(10)的出口开口(14)中，
所述第二开口端(34)适于联接至导管(18)，
其中所述喷嘴(16)的所述管状体(30)的内壁表面(36)包括雕刻螺旋结构。
2.根据权利要求1所述的喷嘴(16)，其中所述雕刻螺旋结构的螺距在1mm和300mm之间的范围内。
3.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴(16)，其中所述喷嘴(16)的长度在1mm至3500mm的范围内。
4.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴(16)，其中所述喷嘴(16)的所述内壁表面(36)的横截面积在10mm2至9000mm2的范围内。
5.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴(16)，其中所述雕刻螺旋结构的深度在0.1mm至15mm的范围内。
6.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴(16)，其中所述雕刻螺旋结构的宽度在0.1mm至3mm的范围内。
7.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴(16)，其中所述喷嘴(16)由陶瓷材料制成，优选由纯度高于92％、更优选纯度为99.7％的氧化铝制成。
8.一种用于生物质材料的蒸汽爆炸处理的系统，所述系统包括：
具有至少一个出口(14)的加压反应器容器(10)；
根据权利要求1至7中任一项所述的喷嘴(16)，所述喷嘴(16)安装到所述反应器容器(10)的所述出口(14)。
9.根据权利要求8所述的系统，所述系统还包括：
至少一个分离装置(20)，和
将所述喷嘴(16)连接到所述分离装置(20)的导管(18)。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE543000C2 (en) * 2018-06-26 2020-09-22 Valmet Oy Method and system for discharging hydrothermally treated lignocellulosic material

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2017043A (en) * 1930-09-17 1935-10-15 Galliot Norbert Device for conveying gaseous streams
US20020043221A1 (en) * 2000-10-17 2002-04-18 Antti Hytonen Arrangement for feeding black liquor into a recovery boiler
US20050183542A1 (en) * 2004-02-05 2005-08-25 Hitachi Metals, Ltd. Plasma processing apparatus for powder and plasma processing method for powder
US20050258281A1 (en) * 2002-10-14 2005-11-24 Helmut Schwegler Atomising nozzle
WO2007108021A1 (en) * 2006-03-21 2007-09-27 Polti S.P.A. Steam delivery device
CN101348804A (zh) * 2008-09-17 2009-01-21 北京林业大学 一种低强度蒸汽爆破灌木茎杆分离主成分的方法
US20120211512A1 (en) * 2011-02-17 2012-08-23 Andritz Inc. Assembly of nozzles and valves as discharge ports of a pressurized vessel and method for switching and replacing the nozzles and valves
CN103321073A (zh) * 2013-06-13 2013-09-25 郑州大学 一种木质纤维素生物质原料连续蒸汽爆破工艺
CN203291824U (zh) * 2013-06-13 2013-11-20 郑州大学 一种木质纤维素生物质原料连续蒸汽爆破装置
US20140110069A1 (en) * 2012-10-24 2014-04-24 Andritz Inc. Piping system from reactor to separator and method to control process flow
CN204356320U (zh) * 2014-12-15 2015-05-27 郑州大学 一种生物质蒸汽爆破装置
US20150233053A1 (en) * 2012-09-19 2015-08-20 Andritz Inc. Method and apparatus for adding steam for a steam explosion pretreatment process

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2650913C (en) 2009-01-23 2013-10-15 Sunopta Bioprocess Inc. Method and apparatus for conveying a cellulosic feedstock
CA2650919C (en) 2009-01-23 2014-04-22 Sunopta Bioprocess Inc. Method and apparatus for conveying a cellulosic feedstock
KR20150122247A (ko) * 2013-08-26 2015-10-30 에이비비 가부시키가이샤 회전 무화두형 도장기
PE20170797A1 (es) * 2014-12-04 2017-07-04 Exxonmobil Res & Eng Co Boquilla de inyeccion de fluido para reactores de lecho fluidizado

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2017043A (en) * 1930-09-17 1935-10-15 Galliot Norbert Device for conveying gaseous streams
US20020043221A1 (en) * 2000-10-17 2002-04-18 Antti Hytonen Arrangement for feeding black liquor into a recovery boiler
US20050258281A1 (en) * 2002-10-14 2005-11-24 Helmut Schwegler Atomising nozzle
US20050183542A1 (en) * 2004-02-05 2005-08-25 Hitachi Metals, Ltd. Plasma processing apparatus for powder and plasma processing method for powder
WO2007108021A1 (en) * 2006-03-21 2007-09-27 Polti S.P.A. Steam delivery device
CN101348804A (zh) * 2008-09-17 2009-01-21 北京林业大学 一种低强度蒸汽爆破灌木茎杆分离主成分的方法
US20120211512A1 (en) * 2011-02-17 2012-08-23 Andritz Inc. Assembly of nozzles and valves as discharge ports of a pressurized vessel and method for switching and replacing the nozzles and valves
US20150233053A1 (en) * 2012-09-19 2015-08-20 Andritz Inc. Method and apparatus for adding steam for a steam explosion pretreatment process
US20140110069A1 (en) * 2012-10-24 2014-04-24 Andritz Inc. Piping system from reactor to separator and method to control process flow
CN103321073A (zh) * 2013-06-13 2013-09-25 郑州大学 一种木质纤维素生物质原料连续蒸汽爆破工艺
CN203291824U (zh) * 2013-06-13 2013-11-20 郑州大学 一种木质纤维素生物质原料连续蒸汽爆破装置
CN204356320U (zh) * 2014-12-15 2015-05-27 郑州大学 一种生物质蒸汽爆破装置

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Publication number Publication date
US20200011011A1 (en) 2020-01-09
EP3181219B1 (en) 2024-04-17
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EP3181219A1 (en) 2017-06-21
CN108290127B (zh) 2021-12-31
US11155962B2 (en) 2021-10-26
CA3005567C (en) 2019-11-12
BR112018012075A2 (pt) 2018-11-27
AR106965A1 (es) 2018-03-07
WO2017102330A1 (en) 2017-06-22
AU2016371681B2 (en) 2019-03-07
EA034743B1 (ru) 2020-03-16
AU2016371681A1 (en) 2018-05-31
EP3389841A1 (en) 2018-10-24
CA3005567A1 (en) 2017-06-22
EA201891412A1 (ru) 2018-11-30
BR112018012075B1 (pt) 2020-12-22
AU2016371681B9 (en) 2019-03-21

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