CN109996921B

CN109996921B - 浸渍生物质的方法和浸渍生物质的装置

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Publication number: CN109996921B
Application number: CN201780069753.XA
Authority: CN
Inventors: A·艾维尔海姆; P·格鲁恩德斯特姆; A·洛夫斯特姆
Original assignee: Valmet AB
Current assignee: Valmet AB
Priority date: 2016-12-08
Filing date: 2017-12-07
Publication date: 2022-09-27
Anticipated expiration: 2037-12-07
Also published as: US11186949B2; CA3039581A1; EP3333311A1; WO2018104489A1; CA3039581C; US20190360150A1; CN109996921A; EP3333311B1

Abstract

本发明涉及一种浸渍生物质(10)的方法，在该方法的步骤(S100)中，通过料塞螺旋器(12)将生物质(10)进料到反应器单元(11)；在另一个步骤(S200)中，使用反应物(18)至少部分地填充反应器单元(11)直至预定的填充水平(13)，以使所述进料的生物质(10)和所述反应物(18)之间发生反应以获得浸渍的生物质；在另一个步骤(S300)中，将所述浸渍的生物质(10)从反应器单元(11)中排出，以用于进一步处理。本发明还涉及用于浸渍生物质(10)的装置(1)。

Description

浸渍生物质的方法和浸渍生物质的装置

技术领域

本发明一般涉及浸渍系统。特别地说，本发明涉及浸渍生物质的方法和浸渍生物质的装置。

背景技术

当今，不同的浸渍系统，例如浸泡和喷雾系统在造纸工业中的制浆过程中用于浸渍生物质以及用于保湿生物质。在这种制浆过程中所用的生物质可以例如是木材、农业废料、草或来自糖或乙醇工业的残余物。在水解阶段之前使用浸泡或喷雾将酸或其他催化剂添加到生物质中。然而，在商业水解系统中浸泡生物质需要非常大的罐，而这不是可行的选择。喷雾使化学品不能完全渗透生物质，这导致酸和其他催化剂的不均匀分布，导致水解阶段的反应动力学劣化。这反过来导致较低的干物质产率和较大量的不希望的产物。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种生物质浸渍的改进方法。

此目的通过独立权利要求的主题实现。进一步的示例性实施方式如从属权利要求和以下描述中所示。

根据本发明的第一方面，提供了一种浸渍生物质的方法。在该方法的第一步骤中，通过料塞螺旋器将生物质进料到反应器单元中。在该方法的另一步骤中，使用反应物至少部分地填充反应器单元直至预定的填充水平，以使所述进料的生物质和所述反应物之间发生反应以获得浸渍的生物质。当所述反应物(可为催化剂)加入反应器单元中时，所述反应物可均匀地分布在生物质中。在另一步骤中，将浸渍的生物质从反应器单元中排出，以用于进一步处理。进一步处理可例如包括水解步骤、在预定温度下热处理或施加预定压力。

使用这种浸渍生物质(其中存在有通过反应物填充的预定填充水平)的方法允许以均匀的方式浸渍生物质。换句话说，生物质在反应器单元内被驱动通过反应物，以使反应物间插在整个生物质中，使得反应器单元内的生物质浸渍得到改善。反应物例如可以是液体，该液体被添加到反应器单元中并被填充到反应器单元中直至预定的填充水平。例如能通过用液体反应物间插所述生物质对被输送穿过反应器单元的整个生物质进行浸渍，基于没有生物质可以在没有均匀浸渍的情况下离开反应单元的事实来实现其优点。换句话说，液体反应物穿透生物质材料的结构和孔，使得液体反应物可均匀地分布在生物质内。

该方法可用于生产纸张，例如浸渍的生物质已完成进一步加工。通常，该方法可应用于纸浆和造纸工业。

生物质例如可以是木材，例如桉树、杨树和其他硬木，或诸如松树、云杉和其他软木的物种。生物质也可以是农业废物(例如稻草)，尤其是小麦秸秆和甘蔗秸秆、玉米穗轴和玉米秸秆、壳(hull)或空果串(fruit bunches)。生物质也可以是草(例如巨型芦苇、芒草、芦竹(arundo donax)或能量草(energy grass))。此外，生物质还可以是来自糖或乙醇工业的残余物质，如甘蔗渣、甘蔗秸秆或甜菜渣。

通过将生物质输送到反应器单元中的料塞螺旋器确保将生物质进料到反应器单元内，在反应器单元中进行生物质的浸渍。料塞螺旋器也可被定义为螺塞进料器。特别是，料塞螺旋器可以是螺塞进料器的一部分。在反应器单元中浸渍生物质之后，浸渍的生物质从反应器单元排出，然后被送入例如水解阶段。

料塞螺旋器是输送机构，其通过围绕轴线旋转而将生物质输送到反应器单元中。通过料塞螺旋器能在反应器单元的入口处生成生物质料塞。

反应器单元可具有纵向容器或纵向管的形状，用反应物填充反应器单元直至容器或管的预定填充水平或高度。特别是反应器单元可具有纵向器皿的形状，其中用反应物填充到该器皿的预定填充水平或高度。纵向反应器单元可相对于地球表面垂直布置，以使在反应器单元的全直径或全部宽度上填充到预定的填充水平。进料到反应器单元的生物质可在反应器单元的底部进入反应器单元，使得生物质然后被输送到反应器单元的上部，并在此排出浸渍的生物质。其优点是：如此布置反应器单元能提供完全(例如均匀且均等的生物质浸渍)的生物质浸渍，因生物质能被液体反应物完全浸透。浸渍可在没有化学反应的情况下发生，即在生物质和化学品之间没有反应。

反应器单元可具有约1米～约20米的高度。反应器单元的横截面可具有圆形的横截面或基本细长的横截面(例如椭圆形横截面)。反应器单元的直径可以在0.15米～2.5米之间。

反应器单元的进料位置优选位于反应器单元的上游或底部，例如从立式反应器单元的底部开始测量起的0米～1米之间。反应器单元的底部优选地连接到膨胀锥体或入口锥体，该膨胀锥体或入口锥体是保持构件的一部分。保持构件将更详细地描述在附图的描述中。

反应物的入口可位于膨胀锥体中的不同位置。例如，在锥体下方、锥体上方或围绕锥体常规定位。入口也可位于反应器单元的底部，例如在反应器单元的下方、或者在反应器的不同的其他位置，例如，在反应器单元的侧壁上。生物质的排出优选在反应器顶部，例如，在反应器的下游部分。可以使用输送螺旋器将浸渍的材料输送出反应器单元，例如向斜槽输送。浸渍的生物质也可直接落入斜槽或位于反应器单元下游的运输装置或输送机中。

根据本发明的一个实施方式，该方法包括另一步骤：在将所述生物质进料到所述反应器单元中之前，通过所述料塞螺旋器压缩所述生物质。

因此，除了将生物质进料到反应器单元之外，还可将料塞螺旋器构造成用于压缩生物质的结构。压缩是有利的，其原因是例如由供应商递送的生物质是非常膨松的材料。如果使用非木质材料的情况尤其如此，可将这样的膨松的材料压缩，使得在进入反应器单元之前生成生物质料塞。在料塞螺旋器中，由于螺旋器的几何结构产生生物质的体积压缩。然而，压缩也发生在塞管中，该塞管适于将生物质转移到反应器单元。该塞管中的压缩如下文所述那样，由于摩擦和保持构件(例如回吹阻尼器)所施加的压力产生。塞管可以是位于料塞螺旋器下游的螺塞进料器的部分，即塞管可以是体积压缩区域的端部，在该区域内进行生物质的体积压缩。

根据本发明的一个实施方式，在将生物质进料到反应器单元之前，通过强制进料螺旋器进行生物质的预压缩。在这种情况下，在压缩步骤期间在料塞螺旋器压缩生物质之前，通过强制进料螺旋器对生物质进行预压缩。换句话说，首先通过强制进料螺旋器将生物质进行预压缩，然后通过料塞螺旋器进行压缩，然后进料到反应器单元中进行浸渍。

通常，当使用膨松材料时，使用强制进料螺旋器将其进料到料塞螺旋器中，然后进料到反应器单元中是有利的，以增加压缩并产生更紧凑的生物质料塞。特别是，如果生物质是非木质材料，用于预压缩的强制进料螺旋器是有利的。但是，尤其是如果生物质是高密度材料(例如木材)，则不必使用强制进料螺旋器。强制进料螺旋器还可支持使用相应生物质对反应器单元的进料。应该提到的是：除了料塞螺旋器之外，还可将强制进料螺旋器集成到反应器单元的进料步骤中。例如，如果使用膨松的材料，则在压缩步骤中通过料塞螺旋器压缩材料之前，使用以强制进料螺旋器所进行的预压缩步骤是有利的。因此可在将压缩的生物质进料到反应器单元之前，将预压缩和压缩二者进行组合。如果不使用膨松材料，则可省略预压缩步骤。

根据本发明的一个实施方式，在用料塞螺旋器压缩期间的体积压缩比为1.5～6，优选为1.7～3。例如，体积压缩比为1.9，体积压缩比也可在3.5～5之间。

就制备用于浸渍的生物质而言，这些压缩比实现了最佳结果。由于通过强制进料螺旋器而进行的预压缩而获得的密度比可在1.45～8之间，优选在1.5～2.5之间。预压缩比也可在3～5之间。在压缩期间，可发生生物质的脱水。强制进料螺旋器中的预压缩可能不是体积压缩。

在用强制进料螺旋器预压缩后，能获得体积密度约在100kg/m³～200kg/m³之间，优选约在100kg/m³～140kg/m³之间，更优选约在120kg/m³，最优选约在160kg/m³。

根据本发明的另一个实施方式，在浸渍生物质期间，在反应器单元内通过至少一种输送机构输送生物质。

输送机构例如可以是输送螺旋器，从结构的观点来看，输送螺旋器可与用于进料到反应器单元的料塞螺旋器相同或相似。输送机构可优选地包括两个输送螺旋器，其在反应器单元内例如沿反应器单元的纵轴输送或运送生物质。将在附图描述中进一步描述该方面。

然而，输送机构适于在浸渍期间和浸渍之后在反应器单元内输送生物质。因此，输送机构将生物质从反应器单元的入口输送到反应器单元的出口，浸渍的生物质在该出口处从反应器单元排出。可对输送生物质通过反应器单元的速度或在反应器单元内输送生物质的速度进行设定。例如，如果使用输送螺旋器，则可以设定输送螺旋器的旋转速度。以这种方式，可对生物质在反应器单元内的总停留时间进行设定。特别是如下进行时间调节：如果给出预定填充水平，例如在浸渍过程中则生物质在反应器单元内停留时间低于填充水平；例如在浸渍后则生物质在反应器单元内停留时间高于填充水平。然而，可对将生物质转移通过反应器单元的速度进行选择，以避免在反应器单元底部积聚材料。

根据本发明的一个实施方式，从贮存器和/或从来自接着浸渍的生物质排出之后的进一步处理步骤的再循环回路提供欲填入反应器单元中的反应物。贮存器可以是罐，特别是化学品罐。此外，例如如果生物质包含酸或反应物时，反应物也可以是在进入反应器单元之前从料塞螺旋器排出的压出物。

根据本发明的一个实施方式，在接着将浸渍的生物质从反应器单元排出之后的进一步处理步骤中，从浸渍的生物质中去除残留的反应物，将残留的反应物供给再循环回路。从再循环回路和/或贮存器提供填入反应器单元中的反应物。

使用来自进一步处理步骤的再循环回路提供反应物的优点是：已用于浸渍生物质的反应物、以及之后从浸渍的生物质所分离的反应物都可再次用在反应器单元中浸渍。进一步处理步骤可以是例如脱水阶段、水解阶段、或者在从反应器单元排出浸渍的生物质之后的另一处理过程。

作为再循环回路的替代使用或补充使用，可从贮存器提供填入反应器单元中的反应物。可根据由再循环回路供应的反应物的量来调节由贮存器所供应的反应物的量。以这种方式，能实现反应器单元内的恒定填充水平。

根据本发明的另一个实施方式，提供或控制反应物在反应器单元内的恒定填充水平，以使在规定的浸渍时间内能均匀浸渍生物质。

可将浸渍时间定义为在预定填充水平以下的反应器单元内输送生物质期间的时间。如果浸渍时间达到0秒，则所有添加的液体反应物被吸收。典型的浸渍时间为0～3分钟，优选0～1分钟，更优选5～20秒。要设定的填充水平可根据所需的浸渍时间和生物质在反应器单元内输送的速度来确定。

以这种方式，可在预定的时间段内实现生物质的均等和均匀的浸渍。填充水平在预定时间段内可以是恒定的，并且它还取决于例如在浸渍过程中输送生物质通过反应器单元的速度。通过调节来自再循环回路和/或贮存器的反应物的流入量，实现反应器单元内反应物的恒定填充水平。如果生产发生变化，例如如果每单位时间加入反应器单元的生物质的量变化，则通过改变填充水平也能实现恒定的浸渍时间。

根据本发明的一个实施方式，根据从反应器单元所排出的浸渍的生物质的pH值和/或例如自再循环回路填充到反应器单元中的反应物的pH值来控制填充到反应器单元中的反应物的量。

填充到反应器单元中的反应物的量也可根据浸渍的生物质的进一步处理之后所需产品质量和/或材料(例如，生物质)的pH值进行控制。它也可根据浸渍后材料的液体或固体部分的量进行控制。它还可根据反应器单元中的材料或液体的类型进行控制。

例如，填充到反应器单元中的反应物的量取决于在进入反应器单元入口生物质的干物质的情况以及反应器单元出口处的生物质的干物质的情况。干物质是生物质的一部分，是材料例如在约105℃下蒸发后和/或在45℃下干燥后所剩下的部分。干物质含量被定义为以％表示干物质占原材料的百分比含量。此外，可调整填充到反应器单元中的反应物的量，以实现反应器单元中的恒定浸渍时间。此外，可调整反应物的量，使得在预定时间段内提供反应器单元内反应物的恒定填充水平。以不同的浓度添加反应物，以在预定的时间段内获得相同的浸渍质量。

根据本发明的另一个实施方式，在浸渍期间对反应器单元内所提供的温度和/或压力进行控制。

例如，反应器单元可在大气压下且反应器单元中的温度约在40℃～99℃之间，优选约在60～95℃之间，更优选地约在65～90℃之间进行操作。所述温度根据反应物类型和原料(例如生物质)可更低或更高。

例如，可对反应器单元增压，使得在预定填充水平之上的压力约在1～5bar之间。特别是可将反应器单元中的压力控制在1～5bar之间。在填充水平之上的温度可与所述压力相对应。在填充水平以下的温度可取决于在填充水平之上的温度以及反应物的温度和进料到反应器单元中的生物质的温度。

以这种方式，可将浸渍条件，尤其是温度和压力条件进行设定。典型的浸渍时间(即生物质与液体接触的时间)为0.5分钟～5分钟，更优选约0～3分钟，最优选约5～20秒。在所有反应物被吸收的情况下，浸渍时间为0秒。可将温度控制到例如高于95℃，优选约40～99℃，更优选约60～95℃，最优选约65～90℃。

根据本发明的另一个实施方式，在浸渍期间，在沿反应器的纵轴线输送生物质之前，通过料塞螺旋器沿第一方向朝反应器单元进料。纵轴线与第一方向基本垂直，其中，反应器单元沿纵轴线的延伸与反应器单元的宽度之间的比率至少为2。

反应器单元具有带纵轴线的细长形状，在浸渍期间沿该纵轴线输送生物质。将反应器单元的纵轴线配置成相对于第一方向基本垂直的结构，通过料塞螺旋器沿第一方向将生物质进料到反应器单元中。

例如，将反应器单元的纵轴线配置成基本垂直于地球表面的结构，使得反应器单元的入口位于反应器单元的底部，而反应器单元的出口或排出口位于反应器单元的上部。因此，在浸渍期间将生物质向上输送并用反应物间插该生物质，因为反应器单元充满反应物直至预定的填充水平。换句话说，生物质不能在没有均匀浸渍的情况下离开反应器单元。生物质在液体反应物中的停留时间为0～3分钟，优选0～1分钟，最优选5～20秒。以这种方式，可均等且均匀地浸渍生物质。通过料塞螺旋器可在第一方向上进行反应器单元进料，第一方向与竖向反应器单元的纵轴线基本垂直，浸渍的生物质的排出也可在与竖向反应器单元的纵轴线基本垂直的方向上进行。

根据本发明的另一个实施方式，通过配置在反应器单元上游的保持构件中断生物质到反应器单元的进料。例如，将保持构件配置在反应器单元的底部或反应器单元的入口处。

例如，将保持构件设计为阻尼器或密封构件，将其配置在进料部件和反应器单元之间。保持构件可以是反应器单元的一部分，并将其配置在反应器单元的底部。保持构件可以是回吹阻尼器。例如，保持构件可位于反应器单元和进料部件的料塞螺旋器之间。

例如，如果没有材料进料到反应器单元中，可使用阻尼器以增加来自料塞螺旋器的材料(例如，生物质)的密度以及关闭反应器单元的进料入口。阻尼器也可用于破坏料塞并允许材料(例如，生物质)在反应器单元中膨胀。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于浸渍生物质的装置。该装置包括具有出口的压缩单元以及具有入口的反应器单元。所述压缩单元的出口与所述反应器单元的入口连接。压缩单元包含料塞螺旋器。将所述料塞螺旋器构造成将生物质进料到反应器单元中的结构。将反应器单元构造成如下结构：使用反应物进行至少部分填充直至预定的填充水平，以使当生物质在反应器单元内被输送机构输送时，进料的生物质发生均匀浸渍。

可在反应器的不同位置将反应物进料到反应器单元中，以获得更均匀的液相和填充水平以下的浸渍。反应物(例如再循环的反应物)可在进料生物质之后被直接引入反应器中。例如，反应物可在单个位置或两个不同的位置加入，即反应物可在第一注入点加入，而再循环的反应物可在第二注入点加入。

例如，第一注入点位于保持构件的锥体处，例如在保持构件上方。另一注入点在保持构件的锥体的下方。

提供这种装置的优点是：可在短时间内完全浸渍生物质。设计料塞螺旋器以用于压缩生物质，从而生成生物质料塞，并将其送入反应器单元并且随后浸渍在反应器单元中。在反应器单元内输送后，生物质在反应器单元的出口排出。将浸渍的生物质从该出口输送到进一步处理步骤，例如该步骤为发生浸渍的生物质的脱水、汽蒸或水解的阶段。

均匀浸渍生物质是重要的，可通过前述本发明的装置实现。特别是在反应器单元内，填充到预定的填充水平，并将生物质在反应器单元的底部进料，以及在反应器单元的上部排出，就不存在生物质绕过反应物而无浸渍的可能性。反应物可以是流体，优选是包含化学试剂的液体，例如水溶液。

在反应器单元的内部，可将输送机构附连至反应器单元。将反应器单元设想为容器或器皿或管道，在这些反应器单元中生物质在浸渍期间被输送。例如，输送机构包括输送螺旋器，该螺旋器在反应器单元内沿向上方向转移生物质，以用反应物均匀浸渍整个生物质。

根据本发明的另一个实施方式，反应器单元的至少一部分地由耐腐蚀的材料制成。

例如，反应器单元的至少一部分由不锈钢制成。

例如，反应器单元具有第一部分和第二部分，第一部分由耐腐蚀的材料制成，第二部分不包含这种特定材料。可能的方案是：仅反应器单元的下部(反应物在此填充到预定的填充水平)可由耐腐蚀的材料制成，而在竖向反应器单元的上部(通常不与反应物接触)由另一种不必是耐腐蚀的材料制成。

用于制造反应器单元的材料可根据工艺参数，例如压力、温度、催化剂和待处理的原料进行选择。例如，可使用304型和316型不锈钢、双相钢或等同物。反应器单元的一些部件可由更高级别钢制造。例如，竖向反应器单元的上游或底部，即在预定填充水平以下的部分由Duplex 2507制造，而竖向反应器单元的下游或上部，即在预定填充水平之上的部分由Duplex 2205制造。反应物可通过注入装置或配料装置填充到反应器单元中，所述注入装置或配料装置可由不锈钢制成，例如更高级别的钢。

反应器单元的内壁可涂覆有不锈钢金属涂层或合成物质涂层，例如，可用环氧基涂层来保护反应器单元的内壁。在这种情况下，反应器单元可由低碳钢制成。其优点是较便宜的反应器，更灵活的材料选择以及更灵活的工艺参数选择。

根据本发明的一个实施方式，将压缩单元的料塞螺旋器构造成沿第一方向将生物质进料到反应器单元中的结构，并将反应器单元的输送机构构造成在反应器单元内沿反应器单元的纵轴线输送生物质、纵轴线与第一方向或者地球的表面基本垂直的结构。

以这种方式，在反应器单元的底部进料并且输送到反应器单元的上部排出的生物质能被反应物均匀浸渍，因此，在反应器单元内不存在生物质绕过反应物而无浸渍的可能性。

反应物可以是流体，优选是包含化学试剂的液体，例如水溶液。

根据本发明的一个实施方式，反应物是包含选自酸、催化剂或其混合物的化学试剂的液体。

例如，液体是水溶液、EtOH或其混合物。所述化学试剂选自催化剂、酸、无机酸(优选H₂SO₄)、有机酸(优选乙酸、硝酸、磷酸或其混合物)。H₂SO₄是较为理想的化学试剂。例如来自再循环流的包含乙酸的液体是较为理想的化学品。

在本发明的上下文中，术语“反应物”应被理解为一种包含化学试剂的液体，该液体可以是水溶液、EtOH或类似的混合物，并且化学试剂可包括催化剂、例如H₂SO₄或乙酸或类似混合物之类的酸。液体可包含水或其他溶剂。或者可使用水和溶剂的混合物。反应物也可以是从该方法的另一步骤获得的滤液，例如从反应器单元中的浸渍步骤的后续步骤或之前步骤所获得的滤液。反应物可来自该方法不同位置所获得的过滤液、液体或者压出液的再循环液。这可以是例如蒸汽喷发闪蒸的冷凝物或部分冷凝物、蒸发的副产物、发酵浆料的蒸馏液、或来自脱水阶段的滤液。

可对再循环的液体反应物进行处理，例如，分馏为几部分。例如从再循环流中除去固体部分，或者可从再循环流中除去化学试剂。例如可进行筛网过滤。

反应物可以是液体，例如可以是包含化学试剂(例如酸)的水溶液。例如，反应物可包含硝酸、磷酸或硫酸。液体温度应在45～99℃，60～90℃，70～90℃，60～80℃，105～140℃，110～135℃或120～150℃之间。浸渍期间的压力可被设定例如在大气压～2,4或5bar之间。浸渍期间的优选压力是大气压。

液体中可能存在不同浓度的化学试剂。碱，或者可以例如是H₂SO₄、乙酸、硝酸、磷酸、草酸、SO₂、乳酸的酸。可能的碱例如是NaOH、Na₂CO₃或者K₂CO₃。可以是如EtOH以及上述化学试剂的混合物之类的溶剂。所用酸的量可通过进料到反应器单元中的液体的pH值、或者反应器单元内所存在的液体的pH值、或者从反应单元内排出(例如在反应器单元内的脱水区)的材料中所含的液体的pH值来控制。对于木质材料，填充到反应器单元中的反应物的典型酸浓度为0.05％～4％；对于非木质材料，为0.05％～4％。反应物的浓度取决于所需产物和进一步处理步骤中浸渍的生物质的要求。如果在不同位置将反应物添加到生物质中，则每个位置的反应物浓度可以不同。典型的酸组成可以是每吨5～60千克，并取决于原料、反应器单元中的总流量和再循环的液体反应物的流量、通常液体反应物流量、以及pH值的目标值或者酸浓度。

以下描述了本发明的其他方面和优点：

反应器单元的进料可通过在料塞螺旋器或类似设备中压缩材料来实现，通过这些设备可在压缩单元的出口处或在反应器单元的入口处压缩形成料塞。可对所形成的料塞提供针对液体(例如填充到反应器单元中的反应物)的密封处理。因此，可将压缩单元(也可称为进料单元)描述为压缩和密封装置。

根据原料(例如生物质)的干物质含量，可在压缩单元中且还通过保持构件实现脱水。然后可将来自脱水步骤的滤液送至废水处理单元、蒸发单元或洗涤单元。在压缩单元中和/或通过保持构件，也可去除包含在进料到反应器单元中的生物质中的空气。当使用膨松材料时，使用强制进料螺旋器来对料塞螺旋器进料以提高压缩并获得进料到反应器单元中的更好的料塞。在使用高密度材料(例如木材)时，不必使用进料螺旋器。但也可将强制进料螺旋器与料塞螺旋进料器组合使用来进料木材。特别是在操作期间如果压轧机可在木材和非木材之间切换时就是如此。也可省略强制进料螺旋器。特别是如果反应器单元没加压，根据原料(例如生物质)、以及无强制进料螺旋器下所得到的料塞的质量，则可省略强制进料螺旋器。

可将例如可被设计为阻尼器的保持构件用于增加材料的密度，该材料由料塞螺旋器和/或强制进料螺旋器压缩，之后被插入反应器单元中。进料到反应器单元中的材料的密度取决于原料和可能的预处理。

进料到反应器单元中的材料的干物质含量可根据进料到进料系统中材料的干物质的含量通过进料系统(例如压缩单元)进行控制。

在浸渍期间，材料(例如生物质)膨胀且作为吸收反应物的海绵起作用。在进行预汽蒸的情况下，还可发生额外的抽吸效应。这使材料被快速且良好浸渍。在反应器单元内通过两个输送螺旋器将材料提升，这在提升材料时也起到混合或搅拌的效果。

以液体形式填充到反应器单元中的反应物在反应器单元内可保持恒定填充水平。例如，反应物在反应器单元内的填充水平为反应器单元高度或长度的0～20％，20～80％，35～60％或10～30％，而剩余体积被用于脱水。还可调节该填充水平以实现一定的浸渍时间。浸渍时间可被定义为在该时间内材料在填充水平以下以使整个材料与反应物接触的时间。填充水平可随着料塞螺旋器的旋转速度、或者另一个料塞螺旋器的旋转速度、或者控制进料速率且位于进入反应器单元的入口的上游的装置的旋转速度的不同而不同。加入反应器单元中的反应物的量可取决于被材料(例如反应物)吸收的反应物的量和/或浸渍后残留在反应器单元中的反应物的量。引入反应器单元的新鲜反应物和/或再循环的反应物的量可取决于引入反应器单元的干物质的情况以及从反应器单元排出的干物质的情况。例如，可将引入反应器单元内的干物质设定为恒定、或者将从反应器单元排出的干物质设定为恒定。此外，恒定的浸渍时间和恒定的填充水平可代表对引入反应器单元的新鲜反应物和/或再循环的反应物的量的要求。引入反应器单元的反应物的量也可取决于粒度、浸渍时间以及反应器单元内的温度。也可根据产品情况(例如最终产物的情况)添加反应物。反应器单元内可能没有反应物的填充水平，使得预定的填充水平等于零。例如，如果反应物全被生物质吸收就是这种情况。

附图说明

图1显示了本发明的一个实施方式的用于浸渍生物质的装置。

图2显示了本发明的一个实施方式的用于浸渍生物质的装置的压缩单元和反应器单元的细节视图。

图3显示了本发明的一个实施方式的用于浸渍生物质的装置以及在浸渍生物质之后的进一步处理步骤。

图4显示了本发明的一个实施方式的浸渍生物质的方法的流程图。

具体实施方式

图1显示了用于浸渍生物质10的装置1。装置1包括压缩单元40，图2示出了其细节视图。压缩单元40包括料塞螺旋器12，其中将压缩单元40的料塞螺旋器12构造成将生物质10进料到反应器单元11中的结构。用于浸渍生物质10的装置1还包括具有输送机构15(图1中未图示)的反应器单元11。特别是反应器单元11的输送机构15以及压缩单元40的料塞螺旋器12是不可见的，因为这些元件分别位于反应器单元11的内部以及压缩单元40的内部。但在图2的细节视图中示出了料塞螺旋器12和输送机构15。在优选实施方式中，两个料塞螺旋器15集成在反应器单元11中。

使用反应物18至少部分填充反应器单元11直至预定的填充水平13，其中反应物18在图1中也是不可见的，因为它位于反应器单元11内。反应器单元11的至少一部分由耐腐蚀材料制成。例如，反应器单元11的位于压缩单元40附近的下部或底部由耐腐蚀材料制成，而靠近反应器单元11的排出口27的上部可由其他的材料制成。将压缩单元40的料塞螺旋器12构造成沿第一方向30将生物质10进料到反应器单元11中，第一方向30例如可与地球表面平行。将反应器单元11的输送机构15构造成沿反应器单元11的纵轴线22在反应器单元11内输送生物质10的结构，该纵轴线22与第一方向30基本垂直。换句话说，将反应器单元11配置成相对于地球表面基本垂直的结构，该结构将在图3中更详细地描述。

图2示出了压缩单元40的至少一部分和反应器单元11的至少一部分的细节视图，两个单元的内部部件是可视的。特别是，压缩单元40包括沿第一方向30将生物质10进料到反应器单元11中的料塞螺旋器12。特别是在将生物质10进料到反应器单元11中之前，通过料塞螺旋器12对生物质10进行压缩。此外，也可将强制进料螺旋器14(图2无图示)集成到压缩单元中，以提供生物质10的预压缩。在通过料塞螺旋器12压缩生物质10之前，因此也在将生物质10进料到反应器单元11中之前，可通过强制进料螺旋器14对生物质10进行预压缩。生物质10的压缩可在料塞管道中且在进入反应器单元11的入口之前的料塞螺旋器12的末端处生成生物质10的料塞10a。保持构件23可位于进入反应器单元11的入口处和压缩单元40中的料塞螺旋器12之间，以便对在将生物质10进料到反应器单元11中之前支持压缩以及将反应器单元11针对压缩单元40密封。可提供驱动器24以控制保持构件23(例如是阻尼器)的位置。特别是可控制施加在进入的料塞上的压力和/或回吹阻尼器的位置。该阻尼器因此可通过该阻尼器所施加的压力和料塞管中的摩擦进一步压缩料塞管中的料塞。

用反应物18填充反应器单元11，并填充至预定的填充水平13。反应物18可在反应器单元11的某些位置处通过入口20填充到反应器单元11中。图2中示出了一些入口位置。入口20可位于其中配置有保持构件的锥体下方。入口20也可集成到反应器单元11的侧壁或底端。图2中所示的入口位置可被替代提供，但也可提供一个以上这些入口位置。可将反应器单元11形成为具有如图1所示的细长形状的容器或管道。通过反应物18至少部分地填充反应器单元11直至预定的填充水平13。由于反应器单元11的竖向排列以及将生物质10进料到组合有预定的填充水平13的反应器单元11中，可实现进入反应器单元11的整个生物质10的浸渍，而不会存在绕过反应物18而没有被浸渍的生物质10。除了通过这种装置1可实现对浸渍特性的改进之外，还可显著降低浸渍时间。

在反应器单元11内，生物质10通过至少一种输送机构15输送，该输送机构15例如是输送螺旋器。优选地是两个输送螺旋器配置在反应器单元11内，以便在生物质10的浸渍期间沿纵向方向31或沿反应器单元11的纵轴线22向上输送生物质10。在预定的填充水平13以下通过反应物18浸渍生物质10，而在预定的填充水平13之上，可发生生物质10的脱水。而浸渍在反应器单元11中的生物质10沿纵向方向31被转移到反应器单元11的上部，以使浸渍的生物质10在反应器单元11的排出口27处排出，用于进一步处理。将反应器单元11的纵向方向31或反应器单元11的纵轴线22与第一方向30基本垂直配置，因此反应器单元11的纵轴线22基本垂直于图1和2无图示的地球表面。

图3显示了压缩单元40、反应器单元11以及进一步处理步骤S400。从反应器单元11的排出口27所排出的浸渍的生物质的进一步处理步骤S400可包括数个步骤。这些步骤例如是水解步骤、脱水步骤等。图3也示出了用于浸渍生物质10的装置1以及进一步处理步骤S400在环境(例如相对于地球表面60)内的实施方式。反应器单元11相对于地球表面60基本垂直地配置，而通过压缩单元40中的料塞螺旋器12在第一方向30上向反应器单元11进料，该第一方向30与地球表面60基本平行。从贮存器16和/或通过再循环回路17供应填充到反应器单元11中的反应物18，该再循环回路17源于进一步处理步骤S400。为了调节反应物的量，可直接从再循环回路17或通过贮存器16添加反应物18到反应器单元11中。除了再循环的反应物18之外，还可通过导管19提供新鲜的反应物18。再循环回路17可分为两部分，在第一部分中，来自进一步处理步骤S400的反应物18或滤液经由第一导管17a供应到罐17c；在再循环回路17的第二部分中，储存在罐17c中的反应物18或滤液可通过第二导管17b供应到反应器单元11中。在第二导管17b内可连接另一个用于新鲜的反应物的导管19。以这种方式，可提供新鲜反应物18和再循环反应物18的混合物，其已被用在反应器单元11中的浸渍。再循环反应物18可在再循环之前过滤成单独的颗粒和液体反应物。固相可在例如料塞螺旋器区域进料中添加给材料。

图4显示了浸渍生物质10的流程图。在方法的步骤S10中，在将生物质10进料到反应器单元11中之前，通过强制进料螺旋器14进行生物质10的预压缩。在该方法的另一步骤S20中，在将生物质10进料到反应器单元11中之前，通过料塞螺旋器12压缩生物质。可将通过强制进料螺旋器14的预压缩与通过料塞螺旋器12的压缩进行组合。然而，仅通过料塞螺旋器12进行压缩也是可以的。在方法的另一步骤S100中，通过料塞螺旋器12向反应器单元11进料生物质10。在方法的另一步骤S110中，通过配置在反应器单元11上游的保持构件23来中断生物质10向反应器单元11的进料。在方法的另一步骤S200中，通过反应物18至少部分地填充反应器单元11直至预定的填充水平13，以使进料的生物质10和反应物18之间发生反应以获得浸渍的生物质。在另一步骤S210中，在生物质10的浸渍期间，通过至少一个输送装置15在反应器单元11内输送生物质10。在另一步骤S220中，填充到反应器单元11中的反应物18的适用量取决于生物质10的pH值和/或进料到反应器单元11中的生物质10的量。在该方法的另一步骤S230中，控制浸渍期间在反应器单元11内所提供的温度和/或压力。在方法的另一步骤S300中，将浸渍的生物质从反应器单元11排出以用于进一步处理，例如进入进一步处理步骤S400。

虽然以附图和上述说明对本发明进行了详细说明和描述，但是这些说明和描述应被认为是说明性或示例性的而并非限制性的。本领域技术人员在实践要求权利的发明中，通过对附图、说明书和所附权利要求的研究能够理解和实施所揭示实施方式的其它变体。在权利要求中，术语“包含(包括)”不排除其他的要素，并且不定冠词“一个”或“一种”并不排除复数形式。某些措施在相互不同的从属权利要求中被提出的事实并不意味着这些措施的组合不能被利用。权利要求书中的任何附图标记不应理解为限制本发明的范围。

Claims

1.一种浸渍生物质（10）的方法，其包括：

通过料塞螺旋器（12）将生物质（10）进料到反应器单元（11）（S100）；

在浸渍生物质(10)期间，在反应器单元(11)内通过至少一个输送螺旋器(15)输送生物质(10)(S210)；

用反应物（18）至少部分地填充反应器单元（11）直至预定的填充水平（13），以使所述进料的生物质（10）和所述反应物（18）之间发生反应，以获得浸渍的生物质（S200）；

通过调节反应物(18)填充到流入反应器单元(11)的量，控制填充水平（13），使其在预定时间内恒定；

根据在浸渍过程中输送生物质(10)通过反应器单元(11)的速度确定填充水平(13)，其中所述速度由输送螺旋器(15)的旋转速度调节；和

将所述浸渍的生物质（10）从反应器单元（11）中排出，以用于进一步处理（S300）。

2.如权利要求1所述的浸渍生物质（10）的方法，其特征在于，包括：

在将所述生物质（10）进料到所述反应器单元（11）中之前，通过所述料塞螺旋器（12）压缩所述生物质（10）（S20）。

3.如权利要求2所述的浸渍生物质（10）的方法，其特征在于，包括：

在将所述生物质（10）进料到所述反应器单元（11）中之前，通过强制进料螺旋器（14）预压缩所述生物质（10）（S10）。

4.如权利要求2所述的浸渍生物质（10）的方法，其特征在于，包括：

在用料塞螺旋器（12）进行压缩期间的体积压缩比为1.5～6。

5.如权利要求1所述的浸渍生物质（10）的方法，其特征在于，包括：

将所述浸渍的生物质（10）从所述反应器单元（11）中排出的步骤（S300）之后的进一步处理步骤（S400）中，从所述浸渍的生物质（10）中去除残留的反应物（18）；

将所述的残留的反应物（18）供给再循环回路（17）；并且从再循环回路（17）和/或从贮存器（16）将反应物（18）供给所述反应器单元（11）中。

6.如权利要求1所述的浸渍生物质（10）的方法，其特征在于，包括：

控制所述反应物（18）在所述反应器单元（11）内的恒定填充水平（13），以使在规定的浸渍时间内能均匀浸渍所述生物质（10）。

7.如权利要求1所述的浸渍生物质（10）的方法，其特征在于，包括：

根据从所述反应器单元（11）所排出的所述浸渍的生物质（10）的pH值和/或填充到所述反应器单元（11）中的所述反应物（18）的pH值来控制填充到所述反应器单元（11）中的反应物（18）的量。

8.如权利要求1所述的浸渍生物质（10）的方法，其特征在于，包括：

控制浸渍期间对所述反应器单元（11）内所提供的温度和/或压力（S230）。

9.如权利要求1所述的浸渍生物质（10）的方法，其特征在于，包括：

在浸渍期间，在沿所述反应器单元（11）的纵轴线输送所述生物质（10）之前通过料塞螺旋器（12）沿第一方向朝所述反应器单元（11）进料，所述纵轴线（22）与所述第一方向基本垂直，其中，所述反应器单元（11）沿纵轴线（22）的延伸与所述反应器单元（11）的宽度之间的比率至少为2。

10.如权利要求1所述的浸渍生物质（10）的方法，其特征在于，包括：

通过配置在所述反应器单元（11）上游的保持构件（23）中断所述生物质（10）朝所述反应器单元（11）的进料（S110）。

11.如权利要求1所述的浸渍生物质（10）的方法，其特征在于，所述反应物是包含选自酸、催化剂或其混合物的化学试剂的液体。

12.一种浸渍生物质（10）的装置（1），其包括：

具有出口的压缩单元（40）；

具有入口的反应器单元（11）；

其中，所述压缩单元（40）的所述出口与所述反应器单元（11）的所述入口连接；

所述压缩单元（40）包含料塞螺旋器（12），所述料塞螺旋器（12）构造成将生物质（10）进料到所述反应器单元中（11）；

所述反应器单元（11）构造成如下结构：用反应物（18）进行至少部分填充，直至预定的填充水平（13），以使当所述生物质（10）在反应器单元（11）内被输送螺旋器（15）输送时，进料的生物质（10）发生均匀浸渍，

其中反应器单元(11)配置为通过调节反应物(18)流入反应器单元(11)的量，控制填充水平（13），使其在预定时间内恒定；

其中反应器单元(11)配置为根据在浸渍过程中输送生物质(10)通过反应器单元(11)的速度确定填充水平(13)，其中所述速度由输送螺旋器(15)的旋转速度调节。

13.如权利要求12所述的浸渍生物质（10）的装置（1），其特征在于，所述反应器单元（11）的至少一部分由耐腐蚀的材料制成。

14.如权利要求12或13中任一项所述的浸渍生物质（10）的装置（1），其特征在于，所述压缩单元（40）的所述料塞螺旋器（12）构造成沿第一方向（30）将所述生物质（10）进料到所述反应器单元中（11）；

所述反应器单元（11）的所述输送螺旋器（15）构造成在反应器单元（11）内沿所述反应器单元（11）的纵轴线（22）输送所述生物质（10），所述纵轴线（22）与所述第一方向（30）垂直。