CN110090608A - 加工材料 - Google Patents

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CN110090608A
CN110090608A CN201910166834.2A CN201910166834A CN110090608A CN 110090608 A CN110090608 A CN 110090608A CN 201910166834 A CN201910166834 A CN 201910166834A CN 110090608 A CN110090608 A CN 110090608A
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CN
China
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cooling
electron beam
conveying
biomass
oscillator
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Application number
CN201910166834.2A
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Inventor
M·梅多夫
T·C·马斯特曼
R·帕拉迪斯
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Xyleco Inc
Original Assignee
Xyleco Inc
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Publication date
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/80—Food processing, e.g. use of renewable energies or variable speed drives in handling, conveying or stacking
    • Y02P60/87—Re-use of by-products of food processing for fodder production

Abstract

将生物质(例如，植物生物质、动物生物质以及城市废物生物质)进行加工以产生有用的中间体和产物，如能量、燃料、食品或材料。例如，描述了可用于处理原料材料如纤维素和/或木质纤维素材料的系统和方法，同时冷却设备和生物质以防止过热和可能的变形和/或降解。生物质通过输送机进行输送，所述输送机在来自电子束加速器的电子束下输送所述生物质。所述输送机可涂覆有冷却流体。所述输送机还可振动以有助于暴露于所述电子束。所述输送机可被配置为可任选地进行冷却的槽。

Description

加工材料
本申请为国际申请号为PCT/US2013/064320，国际申请日为2013年10月10日，发明名称为“加工材料”的PCT申请于2015年3月30日进入中国国家阶段后申请号为201380051073.7的中国国家阶段专利申请的分案申请。
本申请以引用的方式并入以下共同未决的临时申请的全部公开内容：均于2012年10月10日提交的USSN 61/711,801和USSN 61/711,807；2013年3月8日提交的共同未决的临时申请：USSN 61/774,684；USSN 61/774,773；USSN 61/774,731；USSN 61/774,735；USSN61/774,740；USSN 61/774,744；USSN 61/774,746；USSN 61/774,750；USSN 61/774,752；USSN 61/774,754；USSN 61/774,775；USSN 61/774,780；USSN 61/774,761；USSN 61/774,723；以及2013年3月15日提交的USSN 61/793,336。
发明背景
现今可获得许多潜在的木质纤维素原料，包括例如农业残余物、木质生物质、城市废物、油籽/油饼以及海草。目前，这些材料经常未充分使用，被用作例如动物饲料、生物堆肥材料、在联产设施中燃烧抑或甚至被填埋。
木质纤维素生物质包括嵌入半纤维素基质中由木质素围绕着的晶体纤维素原纤维。这样产生紧凑基质，所述紧凑基质难以由酶以及其它化学、生物化学和/或生物方法接近。纤维素生物质材料(例如，已除去木质素的生物质材料)更易于由酶和其它转化方法接近，但是即便如此，天然存在的纤维素材料当与水解酶接触时通常具有低产率(相对于理论产率)。木质纤维素生物质甚至更难以受酶攻击。此外，每种类型的木质纤维素生物质具有其自身特定的纤维素、半纤维素和木质素组成。
概述
本发明涉及用于从材料如生物质材料产生产物的系统、方法和加工设备。一般来说，所述方法包括使用一个或多个输送机输送具有不顺应性的生物质时用电子束处理所述材料，并且然后生物化学地和化学地加工不顺应性减小的材料以制备例如乙醇、木糖醇和/或其它产物。所述方法和设备包括在输送和照射材料如生物质时用于冷却的方法和系统。
一方面，本发明涉及一种在电子束下输送材料的方法，所述方法包括在输送机的冷却表面(例如至少部分冷却的槽)上输送材料(例如生物质材料)时使所述材料暴露于电子束。例如，输送可包括在槽的第一表面上支撑材料(例如生物质)，并且所述方法可包括冷却所述槽的第二表面。所述槽的第一与第二表面之间的距离可以是约1/64”-2”之间(例如，1/64”-1”、1/64”-1/2”、1/32”-1”、1/32”-1/2”、1/32”-1/4”、1/16”-1”、1/64”-1/2”、1/64”-1/4”、1/64”-1/8”、1”-2”)。所述槽的第一和第二表面可以处于热连通。任选地，电子束具有至少100kW的功率(例如，至少250kW、至少1000KW)。
另一方面，输送机是振动的。任选地，振动式输送机具有槽并且在平行于输送方向且垂直于电子束的方向上振荡。在一些实施方式中，槽包括金属(例如，铝、316/316L号不锈钢或任何其它金属合金)。
在一些实施方式中，其中存在处于热连通的第一和第二表面，所述第二表面可通过使所述表面与含有冷却流体的外壳相接触来进行冷却。这种槽配置可用于输送机和振动式输送机两者，并且所述两种配置分别由输送机槽和振动式输送机槽表示。任选地，输送机的第二表面形成外壳的一部分。所述方法还可包括通过使冷却流体经由外壳的入口流入所述外壳并且使所述流体经由外壳的出口流出所述外壳来使流体流动通过所述外壳。任选地，外壳包括被配置成允许冷却剂从入口流动至出口的通道。任选地，可将冷却剂在外壳的入口处的温度与在外壳的出口处的温度的差异维持为约2℃至120℃之间(例如，约2℃至30℃之间、约10℃至50℃之间、约20℃至70℃之间、约30℃至90℃之间、约40℃至110℃之间、约50℃至120℃之间)。任选地，可将冷却流体通过外壳的流速维持在0.5与150加仑/分钟之间。
另一方面，本发明涉及一种用于照射材料的设备。所述设备可包括电子束照射装置和振动式输送系统。所述输送系统可包括冷却槽。所述槽可被配置成例如在所述槽正被冷却时输送材料(例如生物质材料)。所述槽可包括被配置成支撑和输送生物质材料的第一表面，和与所述第一表面处于热连通并被配置成接触冷却系统的第二表面。所述槽的第一与第二表面之间的距离可以是约1/64”-2”之间(例如1/64”-1”、1/64”-1/2”、1/32”-1”、1/32”-1/2”、1/32”-1/4”、1/16”-1”、1/64”-1/2”、1/64”-1/4”、1/64”-1/8”、1”-2”)。任选地，冷却系统包括被配置成含有冷却流体且定位成与第二表面处于热连通的冷却外壳。所述冷却外壳可包括冷却流体的入口和冷却流体的出口。此外，外壳还可包括被配置成允许冷却流体从入口至出口流动通过外壳的通道。在一些实施方式中，所述设备包括可具有至少25kW(例如，至少100kW、至少250kW、至少1000kW)的相对较高的总电子束功率的电子照射装置。任选地，槽包括金属(例如，铝、316/316L号不锈钢或任何其它金属合金)。或者，槽包括耐腐蚀金属如哈氏合金(Hastelloy)、铬镍铁合金(Inconel)、Ultimet、蒙乃尔合金(Monel)。此外，槽可涂覆有耐腐蚀涂层。
另一方面，本发明涉及一种将材料输送通过加速电子场的方法，所述电子撞击在输送机的处理区上，其中所述处理区包括与所述处理区处于热连通的射束收集器。射束收集器可任选地定位在输送机的与撞击电子相反的侧上。任选地，射束收集器与处理区成整体。所述方法还可包括以约10kW至700kW(例如，约25kW至500kW、约50kW至约400kW、约75kW至约250kW)之间的速率从射束收集器去除热量。例如，可通过使冷却流体流动通过设置在射束收集器内的通道来从所述射束收集器去除热量。任选地，所述流体通过入口进入所述通道并且在小于约140℃(例如，小于约120℃、小于约110℃、小于约105℃、小于约100℃或甚至小于约80℃)的温度下通过出口离开所述通道。
任选地，可存在冷却外壳和射束收集器两者。这些均可位于处理区附近或处理区处。用于冷却外壳的冷却流体也可以任何方便的安排用于射束收集器中。即，冷却流体可顺序地首先流动且通过冷却外壳并且然后射束收集器或反之亦然。或者，流体流动可以是平行的。控制系统可用于优化冷却流体的使用。
在输送材料如生物质期间、在照射期间冷却输送机是有利的，因为这样可防止输送设备的过热和可能的破坏或退化。此外，可使生物质的过热最小化；可使生物质的烧焦或燃烧最小化。
本发明的实施方式可任选地包括以下总结的特征中的一个或多个。在一些实施方式中，可以任何次序应用或使用所选择的特征，而在其它实施方式中应用或使用特定选择的顺序。可在任何顺序中应用或使用单独特征多于一次。此外，所应用或使用的特征的整个顺序或顺序的一部分可以任何次序一次或重复地应用或使用。在一些任选的实施方式中，如由本领域的技术人员所确定，可用不同的或在适用情况下相同的、设定的或变化的定量或定性参数来应用或使用所述特征。例如，如由本领域技术人员所确定，在适用情况下可改变或设定特征参数如大小、单独尺寸(例如长度、宽度、高度)、位置、程度(例如，到何种程度如不顺应性程度)、持续时间、使用频率、密度、浓度、强度以及速度。
特征例如包括一种在电子束下输送材料的方法，所述方法包括：在输送机的槽上输送生物质材料时使所述生物质材料暴露于电子束。所述输送机振动以使生物质移动并且所述输送机的槽是冷却的且由金属、合金或镀层金属制成。所述槽包括处于热连通的两个表面并且在所述两个表面之间具有1/64至2英寸分离。第二表面可用冷却流体冷却。冷却流体可流动通过与所述第二表面相接触的冷却外壳。冷却外壳具有冷却流体的入口和出口并且所述入口与出口之间的温度差是2℃至120℃，其中冷却流体的流速为0.5至150加仑/分钟。总电子束功率是至少50kW。
此外，本发明的实施方案是一种具有电子束照射装置的设备，其中所述射束被导向具有冷却槽的振动式输送装置。所述槽具有两个表面，一个用于支撑和输送生物质并且第二个与冷却外壳相接触，冷却流体通过所述冷却外壳从入口流动至出口。冷却外壳可具有冷却流体流动通过的通道。所述槽可由金属、金属合金以及镀层金属制成。选择槽的材料的一个因素是其耐腐蚀性。所述槽的第一与第二表面之间的距离是1/64至2英寸。
另一实施方案是一种将材料输送通过加速电子场的方法，所述电子撞击在振动式输送机的处理区上，其中所述处理区包括与所述处理区处于热连通并且可定位在所述振动式输送机的与所述撞击电子的侧相反的侧上的射束收集器。将热量以10kW至700kW的速率从射束收集器去除。从射束收集器去除热量可以是通过使冷却流体流动通过所述射束收集器内的通道来进行。用于射束收集器的通道的冷却流体流动通过所述通道并且具有小于约140℃的出口温度。
一个替代实施方案是一种将材料输送通过加速电子场的方法，所述电子撞击在振动式输送机的处理区上，其中所述处理区包括与所述处理区处于热连通的射束收集器和与所述处理区处于热连通的冷却外壳两者。
本发明的其它特征和优点将由以下详述和权利要求书而显而易见。
附图描述
前述内容将是从如在附图中示出的本发明的示例性实施方案的以下更具体的描述清楚的，在附图中相同参考符号贯穿不同视图指代相同部分。附图未必按比例绘制，而是将重点放在示出本发明的实施方案上。
图1是具有冷却的输送机的用于照射材料的系统的侧视图。
图2是从上方取得并且以轮廓示出的用于输送生物质的输送机槽的任选地槽的透视图。
图3是从下方取得的输送机的透视图。
图4A是从下方取得的冷却交换器的透视图。
图4B是沿图4A中的线4B取得的冷却交换器的截面视图。
图5是可附接在槽下方以便在输送机接受直接或间接辐射时冷却所述输送机的外壳的透视图。
详述
使用本文所述的方法和系统，可将可来源于生物质(例如，植物生物质、动物生物质、纸和城市废物生物质)并且通常可容易获得但难以加工的材料如纤维素和木质纤维素原料材料转化成有用产物(例如，糖如木糖和葡萄糖，以及醇类如乙醇和丁醇)。包括用于在输送机或其部分和/或生物质由于照射而正被加热时冷却它们的方法和系统。
本文描述用于制造源自其的糖溶液和产物的方法。这些方法可包括例如任选地机械处理纤维素和/或木质纤维素原料。在此处理之前和/或之后，可用另一种处理物理(例如照射、蒸汽爆炸、热解、超声处理和/或氧化)来处理原料以减小或进一步减小其不顺应性。通过例如添加一种或多种酶糖化原料来形成糖溶液。产物可源自糖溶液，例如，通过发酵成醇。进一步加工可包括纯化所述溶液，例如通过蒸馏。如果需要，可在所述方法的各个阶段进行测量木质素含量的步骤以及基于此测量设定或调节工艺参数(例如，照射剂量)的步骤，例如如在2011年2月11日提交的美国申请序列号12/704,519中所描述，所述申请的完整公开内容以引用的方式并入本文。
当来自电子束的电子与非弹性碰撞中的物质相互作用时，在生物质中可发生几种过程，例如，材料的电离、材料中聚合物的断链、材料中的聚合物的交联、材料的氧化、X射线的产生(“轫致辐射”)以及分子的振动激发(例如声子产生)。不受特定机制束缚，生物质的不顺应性减小可能是这些非弹性碰撞作用中的几种，例如电离、聚合物的断链、氧化和声子产生。所述作用中的一些(例如，尤其是X-射线产生)使屏蔽和工程屏障成为必需，例如，在混凝土(或其它辐射不透明材料)拱顶中隔绝照射过程。另一种照射作用，振动激发，等效于加热样品。通过照射加热样品可有助于减小不顺应性，但过度加热可能会破坏材料，如将在下文解释。
来自吸附电离辐射的绝热温升(ΔT)由以下等式给出：ΔT＝D/Cp：其中D是平均剂量(kGy)，Cp是热容(J/g℃)，并且AT是温度变化(℃)。典型的干生物质材料将具有接近2的热容量。取决于水的量，湿生物质将具有更高的热容量，因为水的热容量非常高(4.19J/g℃)。金属具有低得多的热容量，例如304不锈钢具有0.5J/g℃的热容量。针对不同辐射剂量，干生物质和不锈钢中来自吸附电离辐射的绝热温升在表1中示出。
表1：生物质和不锈钢的计算的温度增加。
剂量(Mrad) 生物质ΔT(℃) 钢ΔT(℃)
10 50 200
50 250 1000
100 500 2000
150 750 3000
200 1000 4000
高温可破坏和/或修改生物质中的生物聚合物，以使得所述聚合物(例如纤维素)不适合用于进一步加工。经受高温的生物质可能变成黑的、粘的并且释放指示腐烂的气味。这种粘性甚至可能使材料难以输送。所述气味可能是难闻的并且是一个安全问题。因此，已发现将生物质保持在约200℃以下在本文所述的方法中是有益的(例如约190℃以下、约180℃以下、约170℃以下、约160℃以下、约150℃以下、约140℃以下、约130℃以下、约120℃以下、约110℃以下、约60℃与180℃之间、约60℃与160℃之间、约60℃与150℃之间、约60℃与140℃之间、约60℃与130℃之间、约60℃与120℃之间、约80℃与180℃之间、约100℃与180℃之间、约120℃与180℃之间、约140℃与180℃之间、约160℃与180℃之间、约100℃与140℃之间、约80℃与120℃之间)。
已发现，高于约10Mrad的照射对于本文描述的方法来说是所希望的(例如减小不顺应性)。高通量也是所希望的，以使得照射不会成为加工生物质中的瓶颈。处理受剂量速率方程控制：M＝FP/D*时间，其中M是所照射材料的质量(kg)，F是所吸附的功率分数，P是所发射功率(kW＝以MeV计的电压*以mA计的电流)，时间是处理时间(秒)，并且D是所吸附剂量(kGy)。在示例性方法中，其中吸附的功率分数为固定的、所发射的功率是恒定的并且需要设定的剂量，通量(例如，M，所加工的生物质或本文所述的任何其它材料)可通过增加照射时间来增加。然而，增加照射时间而不使材料冷却可能过度地加热材料，如通过以上所示的计算所例证。由于生物质具有低热导率(小于约0.1Wm-1K-1)，所以散热很慢，不像例如金属(大于约10Wm-1K-1)，金属可快速地消散能量，只要存在散热器来转移能量。以上对比问题的解决方案，需要高辐射剂量和快速加工而不过度加热所照射的材料，是在生物质正被照射和输送时冷却所述生物质。
图1示出具有冷却的输送机的用于照射生物质的系统的侧视图，其中示出振动式输送机配置。所述系统包括电子束照射装置110，所述电子束照射装置由较厚的混凝土和工字钢天花板120支撑，例如如在2013年3月8日提交的美国临时申请61/774,744中所公开，所述申请的全部公开内容以引用的方式并如本文。所述电子束照射装置包括电子加速器112和扫描盒114。所述扫描盒设置在振动式输送机130上方，所述振动式输送机在所述输送机总体上在由双箭头所示的方向上振荡(也发生在页面之内和之外以及上下的一些振荡)时在扫描盒下方将材料从图中的左侧输送至右侧。振动式输送机130优选地是封闭的(例如，包括如将在下文详细讨论的槽)并且具有窗口或切口，设置所述窗口或切口以允许照射材料。输送机和提取窗口在均于2012年10月10日提交的美国临时申请61/711,801、美国临时申请61/711,807中进行讨论，所述申请的全部公开内容以引用的方式并如本文。冷却系统包括外壳(例如，射束收集器)140以用于使冷却剂(例如流体或气体)在输送机和所输送的材料下方并且与输送机和所输送的材料热接触(例如，提供热交换)流动。冷却剂可以是气体或液体；优选地，冷却剂包括水。还可使用二醇类如乙二醇或丙二醇。例如，冷却剂可以是二醇的水溶液，其中二醇浓度为5％至100％(至少5％、至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、25％-50％之间、50％-75％之间、75％-100％之间)。
冷却剂通过外壳的流速可以是例如约0.5至150加仑/分钟之间(例如，约1至10、10至30、10至50、50至100、70至150、至少20、至少30、小于100、小于150等)。冷却系统位于一个位置处，以便冷却输送机的经由所照射的生物质或直接照射输送机而接受最高辐射计量的区域。一般来说，这个位置在槽下面扫描盒正下方。冷却外壳的尺寸可以是长度约16英寸，宽度66英寸以及高度3.5英寸，其中长度是在槽上输送材料的方向上测量的。外壳可容纳高达约550立方英寸的冷却流体。在冷却外壳上方的槽的尺寸可以是例如长度156英寸，宽度22.25英寸以及高度9.25英寸。
在一些情况下，例如，如图2中所示，冷却外壳被定位成邻近输送机的槽部分。图2是以轮廓示出的用于输送生物质的槽的顶部透视图。槽210是以上所讨论的振动式输送机的一部分，并且由于与输送机的振荡系统联接，所示槽总体上在由双箭头所指示的方向上振荡。所述槽可例如由铝或任何钢合金包括316/316 L钢制成。可例如在一端(近端)处使用斜裁振动式输送机使生物质220掉落到槽表面212上。由于槽的振荡，生物质在表面212上和如由230所述的电子束下输送。所照射的生物质222继续至槽的另一端(远端)并且通过所述槽中的矩形开口214从输送机上掉落。替代开口包括圆形、椭圆形、狭缝(例如，矩形狭缝)、孔(例如圆形孔、网孔)的阵列。虽然未在图2中示出，但是输送机可以是无侧面并且不具有槽配置的表面。
漏斗322(图3)设置在开口下方以便将处理的生物质引导至收集料斗和/或输送机。所述漏斗可附接至输送机槽。冷却外壳140(例如，夹套和/或射束收集器)附接至槽的下侧。如以上所讨论，冷却剂流动通过冷却外壳以冷却生物质和输送机。冷却外壳140(夹套和/或射束收集器)具有流体通过其进入外壳的入口224(未在图中示出)和冷却流体通过其离开外壳的出口226(如图2中所示)。
在一些实施方案中，所述外壳被配置成以10kW至约700kW，例如，约25kW至约500kW之间、约50kW至约400kW或约75kW至约250kW之间的速率去除热量。
图3是任选的振动式输送机的底部透视图。双箭头指示输送机的总体振荡方向。所述图示出冷却外壳140，其中箭头指示冷却剂在所述外壳内部的流动方向。液体或冷却气体从位于224处的入口进入并且从位于226处的出口离开。此视图还示出收集漏斗322，其中输送且随后收集冷却的和照射的生物质。
图4A是冷却外壳的底部透视图，例如可由例如铝、316/316L不锈钢或其它金属合金制成的凹痕夹套热交换器板，其中厚度范围为约1/64”-2”、1/64”-1”、1/64”-1/2”、1/32”-1”、1/32”-1/2”、1/32”-1/4”、1/16”-1”、1/64”-1/2”、1/64”-1/4”、1/64”-1/8”、1”-2”之间。箭头指示冷却剂在外壳内部流动的方向。冷却剂(其可以是液体或冷却气体)从位于224处的入口进入并且从位于226处的出口离开。冷却外壳与例如在下方且输送生物质的输送机热接触，以使得可发生热交换。参考图4A和4B，热交换器416可具有凹痕414(或焊接点)，其允许增加表面积并且为冷却流体提供曲折路径，这样可导致从输送机至冷却流体的更有效的热传递。
图5示出冷却外壳的另一实施方案。在这种情况下，冷却剂流动通过曲折的冷却通道，而不是简单地流动通过开放式外壳。如图5中所示，液体从入口224进入，流动通过冷却通道226(其被支撑在平面结构上)，并且从出口512离开。
冷却流体在外壳的入口附近的温度与在外壳的出口附近的温度的差异是约2℃至120℃之间(例如，约2℃至30℃之间、约10℃至50℃之间、约20℃至70℃之间、约30℃至90℃之间、约40℃至110℃之间、约50℃至120℃之间)。冷却系统的热梯度还通过图5中的圆圈中的数字示意性地示出(1是最冷的温度并且5是最热的温度)。优选地，离开夹套的流体如水二醇混合物是小于140℃，如小于约120℃、小于约110℃、小于约105℃、小于约100℃或甚至小于约80℃。面向照射电子(例如照射区中)的槽的区域的温度(例如，内部和/或表面温度)应保持在约1000℃以下(例如，约500℃以下、约400℃以下、约300℃以下、约200℃以下、约150℃以下)以便避免例如通过翘曲、氧化、烧结、颗粒生长损坏槽。高温可在槽上不存在正被照射的工件例如材料如生物质的任何时候发生，例如在生物质流的启动、关闭以及中断期间。当正在跨照射区输送生物质材料时，较低温度是优选的，例如约200℃以下，例如约150℃以下、约140℃以下、约130℃以下、约120℃以下、约110℃以下、约100℃以下、约90℃以下、约80℃以下(例如，以便避免分解、烧焦)。冷却通道的其它实施方案可以是具有至少一个或两个管通过侧的U形管交换器或直管交换器。输送机(例如振动式输送机)可由耐腐蚀材料制成。输送机可使用包括不锈钢(例如，304、316不锈钢、合金和合金)的结构材料。例如，来自Hynes(Kokomo，Indiana，USA)的耐腐蚀合金，如合金、合金、C-4合金、合金、合金、C-276合金、合金、合金、合金、N合金以及合金。
振动式输送机可包括不粘释放涂层，例如TUFFLONTM(Dupont，Delaware，USA)。振动式输送机还可包括耐腐蚀涂层。例如，可由Metal Coatings Corp(Houston，Texas，USA)和其它提供的涂层如氟聚合物、二硫化钼、环氧酚醛、磷酸亚铁金属涂层、聚氨酯-高光泽环氧面漆、无机锌、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯、 以及环氧陶瓷涂层。所述涂层可改进对过程气体(例如，臭氧)、化学腐蚀、点腐蚀、磨损腐蚀以及氧化的抗性。
冷却夹套还可包括热电系统。热电冷却器通过珀尔帖效应(Peltier effect)或热电效应运行。所述装置具有两个侧面，并且当DC电流流过所述装置时，它将热量从一侧带至另一侧，以使得一侧变得更冷，而另一侧变得更热。“较热”侧附接至散热器，以使得它保持处于环境温度下，而较冷侧低于室温。在一些应用中，多个冷却器可级联在一起以获得较低温度。
冷却部件可配备有温度和流速检测器以维持冷却剂的所需温度范围和流速。也可使冷却流体循环通过附接至冷却外壳的出口和入口的冷却回路。冷却外壳可焊接/模制至输送机上或者是可拆卸的单元，例如被安装在导轨或铰链上并与紧固件附接。
在一些实施方案中，通过利用地热回路来冷却冷却流体，例如闭合的地热回路或开放的地热回路。此外或可替代地，可利用来自冷却塔的流体(例如，水)。此外或可替代地，例如由压缩机(电动、气动)驱动的冷却器可用于冷却冷却流体。冷却系统可以是集中和/或局部系统，例如中央冷却塔/地热回路可与较小的气动冷却器组合。可利用的一些冷却方法，例如，地热回路描述于美国临时申请序列号61/774,735中，所述申请的全部公开内容以引用的方式并入本文。
这些冷却系统可并入2012年10月10日提交的美国临时申请61/711,801中所公开的振动式输送机中，所述申请的全部公开内容以引用的方式并入本文。
辐射处理
原料可用电子轰击进行处理来修改其结构并且由此减小其不顺应性。所述处理可例如减少原料的平均分子量、改变原料的晶体结构，和/或增加原料的表面积和/或孔隙率。
经由电子束的电子轰击总体上是优选的，因为它提供非常高的通量并且因为使用相对低电压/大功率电子束装置减少了昂贵混凝土拱顶屏蔽的需求或厚度，因为此类装置是“自身屏蔽”并且提供安全有效的方法。电子束加速器可例如从IBA，Belgium和NHVCorporation，Japan获得。
电子轰击可使用电子束装置来进行，其具有小于10MeV，例如，小于7MeV、小于5MeV或小于2MeV，例如，约0.5至1.5MeV、约0.8至1.8MeV或约0.7至1MeV的标称能量。在一些实施方式中，标称能量是约500至800keV。
电子束可具有相对高的总波束功率(所有加速头的组合波束功率，或如果使用多个加速器，则是所有加速器和所有头的组合波束功率)，例如至少25kW，例如至少30、40、50、60、65、70、80、100、125或150kW。在一些情况下，功率甚至高达500kW、750kW或甚至1000kW或更大。在一些情况下，电子束具有1200kW或更大的波束功率。或者，总波束功率可以是至少50kW、至少100、至少250kW或至少500kW。
此较高总波束功率通常通过利用多个加速头来实现。例如，电子束装置可包括两个、四个或更多个加速头。使用多个头部(其每个具有相对低的波束功率)防止材料的过度温度上升，从而防止材料燃烧，并且还增加材料层厚度中的剂量均匀性。
通常优选的是生物质材料床具有相对均匀的厚度。在一些实施方案中，所述厚度小于约1英寸(例如，小于约0.75英寸、小于约0.5英寸、小于约0.25英寸、小于约0.1英寸、约0.1与1英寸之间、约0.2与0.3英寸之间)。
在一些实施方式中，希望在用电子轰击处理材料期间和之间冷却材料。例如，所述材料可在其例如通过螺旋挤出机、振动式输送机或其它输送设备输送时进行冷却。例如，在输送时冷却描述于均于2013年3月8日提交的美国临时申请号61/774,735和61/774,752中，其中的全部描述内容以引用的方式并入本文。
为了减少不顺应性减小过程所需的能量，希望尽可能快地处理材料。总体上，优选处理以大于约0.25Mrad每秒，例如，大于约0.5、0.75、1、1.5、2、5、7、10、12、15或甚至大于约20Mrad每秒，例如，约0.25至2Mrad每秒的剂量率来执行。较高剂量率允许靶(例如所需)剂量的较高通量。较高剂量率总体上需要较高线路速度，以避免材料的热分解。在一个实施方式中，对于约20mm的样品厚度(例如，具有0.5g/cm3的堆积密度的粉碎的玉米穗轴材料)，将加速器设定为3MeV、50mA射束电流并且线速度是24英尺/分钟。
在一些实施方案中，进行电子轰击直到材料接受至少5Mrad，例如至少10、20、30或至少40Mrad的总剂量。在一些实施方案中，进行处理直到材料接受约10Mrad至约50Mrad，例如约20Mrad至约40Mrad或约25Mrad至约30Mrad的剂量。在一些实施方式中，优选25至35Mrad的总剂量，其理想地(例如)以5Mrad/遍次在几秒内施加，其中每遍次施加约一秒。施加大于7至8Mrad/遍次的剂量可在一些情况下引起原料材料的热降解。可在照射之前、之后或期间应用冷却。例如，可利用如描述于以下申请中的冷却方法、系统和设备：均于2013年3月8日提交的美国临时申请号61/774,735和61/774,754，其全部公开内容以引用的方式并入本文。
使用如以上讨论的多个头，可以多遍次，例如由几秒钟的冷却间隔开的10至20Mrad/遍次(例如12至18Mrad/遍次)下的两个遍次，或7至12Mrad/遍次(例如9至11Mrad/遍次)的三个遍次处理材料。如本文所讨论，用若干相对低的剂量而不是一个高剂量处理材料倾向于防止材料过热并且还增加贯穿材料厚度的剂量均匀性。在一些实施方式中，在每个遍次期间或之后将材料搅拌或以其它方式混合，并且然后平滑成均匀层，然后再次进行下一个遍次，以进一步增强处理均匀性。
在一些实施方案中，电子被加速到例如大于75％光速的速度，例如大于85％、90％、95％或99％光速的速度。
在一些实施方案中，本文所述的任何加工发生在获得时就保持干燥或者已例如使用加热和/或减压进行干燥的木质纤维素材料上。例如，在一些实施方案中，在25℃和50％相对湿度下测量，纤维素和/或木质纤维材料具有小于约25wt.％保留水(例如，小于约20wt.％、小于约15wt.％、小于约10wt.％、小于约5wt.％)。
可施加电子轰击，同时使纤维素和/或木质纤维素材料暴露于空气、富氧空气或甚至氧气本身，或由惰性气体如氮气、氩气或氦气覆盖。当需要最大氧化时，使用氧化环境，如空气或氧气，并且对与射束源的距离进行优化以使反应性气体形成例如臭氧和/或氮的氧化物最大化。
在一些实施方案中，使用两种或更多种电子源，如两种或更多种电离源。例如，可以任何顺序用电子束接着用γ辐射和具有约100nm至约280nm波长的UV光处理样品。在一些实施方案中，用三种电离辐射源处理样品，如电子束、γ辐射和高能UV光。生物质输送通过处理区，其中其可用电子来轰击。
可有利地重复处理以更充分地减少生物质的不顺应性和/或进一步修改生物质。具体地说，取决于材料的不顺应性，工艺参数可在第一(例如，第二、第三、第四或更多个)遍次之后调整。在一些实施方案中，可使用包括循环系统的输送机，其中生物质多次输送通过以上所述的各种过程。在一些其它实施方案中，多个处理装置(例如，电子束发生器)用于处理生物质多次(例如，2、3、4或更多次)。在其它实施方案中，单一电子束发生器可为多个光束(例如，2、3、4或更多个光束)源，其可用于处理生物质。
改变含碳水化合物生物质的分子/超分子结构和/或减小含碳水化合物生物质的不顺应性的效力取决于所使用的电子能和所施加的剂量，而暴露时间取决于功率和剂量。必须仔细地控制剂量率和总剂量以便不会破坏(例如烧焦或燃烧)生物质材料。例如，碳水化合物不应在加工中损坏，以使得它们可从生物质完整地例如作为单糖释放。
在一些实施方案中，进行处理(用任何电子源或多个源的组合)直到材料接受约0.05Mrad，例如至少约0.1、0.25、0.5、0.75、1.0、2.5、5.0、7.5、10.0、15、20、25、30、40、50、60、70、80、90、100、125、150、175或200Mrad的剂量。在一些实施方案中，进行处理直到材料接受0.1-100Mrad、1-200、5-200、10-200、5-150、50-150Mrad、5-100、5-50、5-40、10-50、10-75、15-50、20-35Mrad之间的剂量。
在一些实施方案中，以5与1500千拉德/小时之间，例如10与750千拉德/小时之间或50与350千拉德/小时之间的剂量率进行处理。在其它实施方案中，以10与10000千拉德/小时之间、100与1000千拉德/小时之间或500与1000千拉德/小时之间的剂量率进行处理。
在一些实施方案中，使用相对低的辐射剂量例如以增加纤维素或木质纤维素材料的分子量(用本文所述的任何辐射源或源的组合)。例如，至少约0.05Mrad，例如至少约0.1Mrad或至少约0.25、0.5、0.75、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0或至少约5.0Mrad的剂量。在一些实施方案中，进行照射直到材料接受0.1Mrad与2.0Mrad之间，例如0.5rad与4.0Mrad之间或1.0Mrad与3.0Mrad之间的剂量。
还可希望同时或顺序地从多个方向照射，以便实现至材料中的所需辐射穿透程度。例如，取决于材料如木材的密度和水分含量和所使用的辐射源的类型(例如，γ或电子束)，至材料中的最大辐射穿透可以是仅约0.75英寸。在这种情况下，较厚部分(高达1.5英寸)可通过首先从一侧照射材料并且然后使材料翻转且从另一侧照射来进行照射。从多个方向照射可特别适用于电子束辐射，电子束比γ辐射照射更快，但通常不能实现同样大的穿透深度。
辐射不透明材料
本发明可包括在使用辐射不透明材料构造的拱顶和/或储槽中加工材料。在一些实施方式中，选择辐射不透明材料以便能够防护所述部件免于具有高能量的X-射线(短波长)，X-射线能够穿透许多材料。设计辐射屏蔽外壳的一个重要因素是所用材料的衰减长度，衰减长度将决定特定材料、材料的共混物或分层结构的所需厚度。衰减长度是辐射被减小至入射辐射的辐射大约1/e(e＝欧拉数)倍的穿透距离。虽然几乎所有的材料在足够厚的情况下都是辐射不透明的，但含有高组成百分比(例如，密度)的具有高Z值(原子序数)的元素的材料具有较短的辐射衰减长度，并且因此如果使用这类材料，可提供更薄、更轻的屏蔽。用于辐射屏蔽中的高Z值材料的实例是钽和铅。辐射屏蔽中的另一个重要参数是减半距离，减半距离是将使γ射线强度降低50％的特定材料的厚度。作为具有0.1MeV能量的X射线辐射的实例，减半厚度对于混凝土是约15.1mm并且对于铅是约0.27mm，而具有1MeV的X射线能量，减半厚度对于混凝土是约44.45mm并且对于铅是约7.9mm。辐射不透明材料可以是厚的或薄的材料，只要其能够减小辐射通过至另一侧的辐射。因此，如果希望特定外壳具有较小壁厚，例如，对于轻质来说或由于大小限制，所选择的材料应具有足够的Z值和/或衰减长度，以使得其减半长度小于或等于所需的外壳壁厚。
在一些情况下，辐射不透明材料可以是分层材料，例如具有更高Z值材料的层，以提供良好屏蔽，和较低Z值材料的层以提供其它特性(例如结构完整性、耐冲击性等)。在一些情况下，分层材料可以是“分级Z”层压件，例如包括其中所述层提供从高-Z至连续较低-Z元素的梯度的层压件。在一些情况下，辐射不透明材料可以是互锁块，例如，铅和/或混凝土块可由NELCO Worldwide(Burlington，MA)提供，并且可使用如描述于美国临时申请号61/774,744中的可重构的拱顶。
辐射不透明材料可使通过由所述材料形成的结构(例如，墙壁、门、天花板、外壳、一系列这些或这些的组合)的辐射与入射辐射相比减少至少约10％(例如，至少约20％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约70％、至少约80％、至少约90％、至少约95％、至少约96％、至少约97％、至少约98％、至少约99％、至少约99.9％、至少约99.99％、至少约99.999％)。因此，由辐射不透明材料的制成的外壳可使设备/系统/部件的暴露减少相同量。辐射不透明材料可包括不锈钢、具有高于25的Z值的金属(例如，铅、铁)、混凝土、泥土、砂以及其组合。辐射不透明材料可包括在入射辐射的方向上至少约1mm(例如，5mm、10mm、5cm、10cm、100cm、1m、10m)的屏障。
辐射源
辐射类型决定所使用的辐射源以及辐射装置和相关设备的种类。本文所述的例如用于用辐射处理材料的方法、系统和设备可利用如本文中所述的源以及任何其它有用的源。
γ射线源包括放射性核，如钴、钙、锝、铬、镓、铟、碘、铁、氪、钐、硒、钠、铊以及氙的同位素。
X射线源包括电子束与金属靶(如钨或钼或合金)的碰撞或紧凑光源，如由Lyncean商业化生产的那些。
α粒子与氦原子核相同，并且由各种放射性核的α衰变产生，所述放射性核如铋、钋、砹、氡、钫、镭、一些锕系元素(如锕、钍、铀、镎、锔、锎、镅和钚)的同位素。
紫外辐射源包括氘灯或镉灯。
红外辐射源包括蓝宝石、锌或硒化物窗口陶瓷灯。
微波源包括速调管、Slevin型RF源或使用氢气、氧气或氮气的原子束源。
用于加速粒子(例如电子或离子)的加速器可以是静电DC(例如电动DC)、RF线性波、磁感应线性波或连续波。例如，各种照射装置可在本文所公开的方法中使用，包括场电离源、静电离子分离器、场电离发生器、热离子发射源、微波放电离子源、再循环或静止加速器、动态线性加速器、范德格拉夫(van de Graaff)、考克饶夫特瓦尔顿(Cockroft Walton)加速器(例如，加速器)、线性加速器(LINACS)、高频高压加速器(例如，加速器)、回旋加速器(cyclotron)、同步加速器(synchrotron)、电子感应加速器(betatron)、变压器型加速器、电子回旋加速器(microtron)、等离子体发生器、级联加速器以及折叠式串列加速器。例如，回旋型加速器可从IBA，Belgium获得，如RHODOTRONTM系统，而DC型加速器可从RDI(现在是IBA Industrial)获得，如其它适合的加速器系统包括例如：DC绝缘心型变压器(ICT)型系统，可从Nissin High Voltage，Japan获得；S-波段线性加速器，可从L3-PSD(USA)、Linac Systems(France)、Mevex(Canada)以及Mitsubishi Heavy Industries(Japan)获得；L-波段线性加速器，可从Iotron Industries(Canada)获得；以及基于ILU的加速器，可从Budker Laboratories(Russia)获得。离子和离子加速器讨论于以下文献中：Introductory Nuclear Physics，Kenneth S.Krane，JohnWiley&Sons，Inc.(1988)，Krsto Prelec，FIZIKA B6(1997)4，177-206；Chu，William T.，“Overview of Light-Ion Beam Therapy”，Columbus-Ohio，ICRU-IAEA会议，2006年3月18-20日；Iwata，Y.等，“Alternating-Phase-Focused IH-DTL forHeavy-Ion Medical Accelerators”，Proceedings of EPAC 2006，Edinburgh，Scotland；以及Leitner，C.M.等，“Status of the Superconducting ECR Ion Source Venus”，Proceedings of EPAC 2000，Vienna，Austria。一些粒子加速器及其用途公开于例如Medoff的美国专利号7,931,784中，其全部公开内容以引用的方式并入本文。
电子可通过经历β衰变的放射性核产生，如碘、铯、锝和铱的同位素。或者，电子枪可通过热离子发射而用作电子源并且通过加速电势进行加速。电子枪产生电子，通过大的电势(例如，大于约50万、大于约100万、大于约200万、大于约500万、大于约600万、大于约700万、大于约800万、大于约900万或甚至大于1000万伏特)使所述电子加速，并且然后在x-y平面上对其进行磁力扫描，其中最初使电子沿加速器管向下在z方向上加速并通过箔窗口提取。在照射输送通过扫描光束的材料例如生物质时，扫描电子束适用于增加照射表面。扫描电子束也使热载荷均匀分布于窗口上并且帮助减少由于电子束的局部加热所致的箔窗口破裂。窗户箔破裂由于随后的必要修复和重新启动电子枪而造成显著停机时间。
电子束可用作辐射源。电子束具有高剂量速率(例如1、5或甚至10Mrad每秒)、高流通量、更小的容积和更小的密封设备的优点。电子束还可具有高电效率(例如，80％)，从而允许相对于其它辐射方法的较低能量使用，这可转化为与所使用的较少量的能量相对应的较低操作成本和较低温室气体排放。电子束可例如由静电发生器、级联发生器、互感发生器、具有扫描系统的低能量加速器、具有线性阴极的低能量加速器、线性加速器和脉冲加速器来产生。
电子还可(例如)通过断链机制更有效地引起含碳水化合物的材料的分子结构的改变。此外，具有0.5-10MeV能量的电子可穿透低密度材料，如本文所述的生物质材料，例如，具有小于0.5g/cm3堆积密度和0.3-10cm深度的材料。作为电离辐射源的电子可适用于例如相对薄的材料堆、层或床，例如，小于约0.5英寸，例如，小于约0.4英寸、0.3英寸、0.25英寸或小于约0.1英寸。在一些实施方案中，电子束的各个电子的能量是约0.3MeV至约2.0MeV(兆电子伏特)，例如约0.5MeV至约1.5MeV，或约0.7MeV至约1.25MeV。照射材料的方法讨论于2011年10月18日提交的美国专利申请公布2012/0100577 A1中，所述专利申请的整个公开内容以引用的方式并入本文。
电子束照射装置可商业上获得或制造获得。例如，元件或部件如感应器、电容器、壳体、电源、电缆、电线、电压控制系统、电流控制元件、绝缘材料、微控制器和冷却设备可购买并且安装到装置中。任选地，可修改和/或适配商业装置。例如，装置和部件可购自本文所述的任何商业来源，包括Ion Beam Applications(Louvain-la-Neuve，Belgium)、NHVCorporation(Japan)、Titan Corporation(San Diego，CA)、Vivirad High Voltage Corp(Billeric，MA)和/或Budker Laboratories(Russia)。典型的电子能量可以是0.5MeV、1MeV、2MeV、4.5MeV、7.5MeV或10MeV。典型的电子束照射装置功率可以是1kW、5kW、10kW、20kW、50kW、60kW、70kW、80kW、90kW、100kW、125kW、150kW、175kW、200kW、250kW、300kW、350kW、400kW、450kW、500kW、600kW、700kW、800kW、900kW或甚至1000kW。可使用的加速器包括NHV照射器中等能量系列EPS-500(例如500kV加速器电压和65、100或150mA射束电流)、EPS-800(例如800kV加速器电压和65或100mA射束电流)或EPS-1000(例如1000kV加速器电压和65或100mA射束电流)。此外，可使用来自NHV的高能量系列的加速器，如EPS-1500(例如1500kV加速器电压和65mA射束电流)、EPS-2000(例如2000kV加速器电压和50mA射束电流)、EPS-3000(例如3000kV加速器电压和50mA射束电流)以及EPS-5000(例如5000和30mA射束电流)。
考虑电子束照射装置功率规格的权衡因素包括操作成本、投资成本、折旧和装置占地面积。考虑电子束照射的暴露剂量水平的权衡因素是能量成本和环境、安全和健康(ESH)相关方面。通常，发生器容纳于例如铅或混凝土的拱顶中，特别是对于从在所述过程中产生的X-射线来产生。考虑电子能量的权衡因素包括能量成本。
电子束照射装置可产生固定光束或扫描光束。具有大的扫描扫掠长度和高扫描速度的扫描光束可能是有利的，因为这将有效地代替大的、固定的波束宽度。此外，可获得0.5m、1m、2m或更大的可用扫掠宽度。由于较大扫描宽度和局部加热和窗口故障可能性减少，扫描光束在本文描述的大多数实施方案中是优选的。
电子枪-窗口
用于电子加速器的提取系统可包括两个窗口箔。窗口箔描述于2012年10月10日提交的美国临时申请序列号61/711,801中，其完整公开内容以引用的方式并入本文。两箔窗口提取系统中的冷却气体可以是吹扫气体或混合物(例如，空气)或纯气体。在一个实施方案中，气体是惰性气体，如氮气、氩气、氦气和或二氧化碳。优选使用气体而不是流体，因其使电子束的能量损失最小化。还可使用纯气体的混合物，在撞击窗口之前在管线中或在窗口之间的空间中预混合抑或混合。可例如通过使用热交换系统(例如，冷冻器)和/或通过使用来自冷凝气体(例如，液氮、液氦)的气化对冷却气体进行冷却。
当使用外壳时，还可用惰性气体吹扫封闭的输送机，以便将大气维持在降低的氧水平下。使氧水平保持较低避免了臭氧的形成，在一些情况下臭氧由于其反应性和毒性性质是不希望的。例如，氧可少于约20％(例如，少于约10％、少于约1％、少于约0.1％、少于约0.01％或甚至少于约0.001％的氧)。可用惰性气体进行吹扫，所述惰性气体包括但不限于氮气、氩气、氦气或二氧化碳。这可由例如液态来源(例如，液氮或液氦)的气化供应，从空气中就地产生或分离，或由储罐供应。惰性气体可再循环并且可使用催化剂(如铜催化剂床)去除任何残余氧。或者，可进行吹扫、再循环和氧去除的组合以使氧水平保持较低。
也可用可与生物质反应的反应性气体吹扫外壳。这可在照射过程之前、期间或之后进行。反应性气体可以是但不限于：一氧化二氮、氨、氧、臭氧、烃、芳香族化合物、酰胺、过氧化物、叠氮化物、卤化物、卤氧化物、磷化物、膦、胂、硫化物、硫醇、硼烷和/或氢化物。可在外壳中例如通过照射(例如，电子束、UV照射、微波照射、加热、IR辐射)活化反应性气体，以使其与生物质反应。可例如通过照射活化生物质本身。优选地，生物质通过电子束活化，以产生然后例如通过自由基偶合或淬灭与活化或未活化的反应性气体反应的自由基。
供应至封闭的输送机的吹扫气体也可冷却到例如约25℃以下、约0℃以下、约-40℃以下、约-80℃以下、约-120℃以下。例如，气体可由压缩气体(如液氮)气化或者由固态二氧化碳升华。作为替代性实例，可通过冷冻器冷却气体，或者可冷却部分或整个输送机。
电子枪-射束阻挡件
在一些实施方案中，系统和方法包括射束阻挡件(例如，光闸)。例如，可使用射束阻挡件快速停止或减少材料的照射而不用关掉电子束装置。或者，可在打开电子束时使用射束阻挡件，例如射束阻挡件可阻挡电子束直到实现所需水平的射束电流。射束阻挡件可置于主要箔窗口与次要箔窗口之间。例如，可安装射束阻挡件以使得其是可移动的，即，以使得其可移入和移出射束路径。甚至可使用射束的部分覆盖件，例如以控制照射的剂量。射束阻挡件可安装到底板上、安装到生物质的输送机上、安装到壁上、安装到辐射装置(例如，在扫描盒处)上或者安装到任何结构支撑件上。优选地，相对于扫描盒固定射束阻挡件，以使得可通过射束阻挡件有效地控制射束。射束阻挡件可结合铰链、轨道、轮子、狭槽或允许其以移入和移出射束的方式操作的其它装置。射束阻挡件可由任何材料制成，所述材料将阻挡至少5％的电子，例如至少10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、至少80％、85％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或甚至约100％的电子。
射束阻挡件可由金属制成，所述金属包括但不限于不锈钢、铅、铁、钼、银、金、钛、铝、锡、或这些的合金，或用所述金属制成的层压件(分层材料)(例如，金属涂覆的陶瓷、金属涂覆的聚合物、金属涂覆的复合物、多层金属材料)。
可例如用冷却流体(如水溶液或气体)冷却射束阻挡件。射束阻挡件可以是部分或完全中空的，例如具有空腔。射束阻挡件的内部空间可用于冷却流体和气体。射束阻挡件可具有任何形状，包括扁平、弯曲、圆形、椭圆形、正方形、矩形、斜面以及楔形形状。
射束阻挡件可具有穿孔，以便允许一些电子通过，从而控制(例如，降低)窗口的全部面积上或窗口的特定区域中的辐射水平。射束阻挡件可以是例如由纤维或线缆形成的网。可一起或独立使用多个射束阻挡件来控制照射。射束阻挡件可例如通过无线电信号远程控制或者硬接线至电动机或其它装置以将射束移入或移出位置。
生物质材料
木质纤维素材料包括但不限于木材、刨花板、林业废弃物(例如，锯屑、白杨木、木片)、草(例如，柳枝稷、芒草、绳草、芦苇草)、谷物残余物(例如，稻壳、燕麦壳、小麦壳、大麦壳)、农业废弃物(例如，青贮饲料、菜籽秆、小麦秆、大麦秆、燕麦秆、稻草、黄麻、大麻、亚麻、竹子、剑麻、蕉麻、玉米穗轴、玉米秸秆、大豆秸秆、玉米纤维、苜蓿、干草、椰子毛)、糖加工残余物(例如，甘蔗渣、甜菜浆、龙舌兰渣)、海藻、海草、粪肥、污物，以及任何这些的混合物。
在一些情况下，木质纤维素材料包括玉米穗轴。研磨或锤磨碾磨的玉米穗轴可以相对均匀厚度的层散步以用于照射，并且在照射之后易于分散于介质中以进行进一步加工。为了促进收获和收集，在一些情况下使用整个玉米植株，包括玉米秸杆、玉米粒，并且在一些情况下甚至包括植株的根系。
有利地，在玉米穗轴或含有大量玉米穗轴的纤维素或木质纤维素材料的发酵期间不需要另外营养物(除了氮源，例如，尿素或氨以外)。
玉米穗轴在粉碎之前和之后也更易于输送和分散，并且与如干草和草的其它纤维素或木质纤维素材料相比，具有较小的在空气中形成爆炸混合物的倾向。
纤维素材料包括例如纸、纸制品、废纸、纸浆、着色纸、装料纸、涂覆纸、填充纸、杂志、印刷品(例如，书、目录、手册、标签、日历、贺卡、宣传册、内容说明书、新闻用纸)、打印纸、多涂层纸、卡片坯料、卡纸板、纸板、具有高α-纤维素含量的材料如棉花，以及任何这些材料的混合物。例如，纸制品如美国申请号13/396,365(2012年2月14日提交的“MagazineFeedstocks”，Medoff等)中所描述，所述申请的全部公开内容以引用的方式并入本文。
纤维素材料还可包括已部分或完全脱木素的木质纤维素材料。
在一些实例中，可使用其它生物质材料，例如淀粉质材料。淀粉质材料包括淀粉本身，例如玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉或大米淀粉、淀粉衍生物或包括淀粉的材料，如可食用的食品产品或作物。例如，淀粉质材料可以是秘鲁胡萝卜、荞麦、香蕉、大麦、木薯、葛藤、圆齿酢酱草、西米、高粱、普通家用马铃薯、甜薯、芋头、山药，或一种或多种豆类，如蚕豆、扁豆或豌豆。任何两种或更多种淀粉质材料的共混物也是淀粉材料。还可使用淀粉、纤维素和或木质纤维素材料的混合物。例如，生物质可以是整个植株、植株的一部分或植株的不同部分，例如，小麦植株、棉花植株、玉米植株、水稻植株或树。可通过本文所述的任何方法处理淀粉质材料。
微生物材料包括但不限于含有或能够提供碳水化合物(例如，纤维素)源的任何天然存在或遗传修饰的微生物或生物体，例如原生生物，例如动物原生生物(例如，原生动物，如鞭毛虫、变形虫、纤毛虫和孢子虫)和植物原生生物(例如，海藻，如囊泡虫(alveolates)、绿蜘藻(chlorarachniophytes)、隐藻、裸藻、灰藻、定鞭藻、红藻、原生藻菌(stramenopiles)以及绿色植界(viridaeplantae))。其它实例包括海草、浮游生物(例如大型浮游生物、中型浮游生物、小型浮游生物、微型浮游生物、超微型浮游生物和超微微型浮游生物(femptoplankton))、浮游植物、细菌(例如，革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和极端微生物)、酵母和/或这些的混合物。在一些情况下，微生物生物质可从天然来源获得，例如海洋、湖泊、水体例如咸水或淡水，或在陆地上。或者或此外，微生物生物质可从培养系统获得，例如大规模干燥和湿润培养和发酵系统。
在其它实施方案中，生物质材料，如纤维素、淀粉质和木质纤维素原料材料，可从已相对于野生型品种修饰的转基因微生物和植物获得。这类修饰可以是例如通过选择和育种的迭代步骤来获得植物中的所需性状。此外，植物可已经相对于野生型品种将遗传物质移除、修饰、沉默和/或添加。例如，遗传修饰的植物可通过重组DNA方法来产生，其中遗传修饰包括引入或修饰来自亲本品种的特定基因；或者例如通过使用转基因育种来产生，其中将一个或多个特定基因从不同品种的植物和/或细菌中引入到植物中。形成遗传变异的另一种方式是通过突变育种，其中新的等位基因从内源性基因人工形成。人工基因可通过多种方式来形成，包括用例如化学诱变剂(例如，使用烷化剂、环氧化物、生物碱、过氧化物、甲醛)、照射(例如，X-射线、γ射线、中子、β粒子、α粒子、质子、氘核、UV辐射)和温度冲击或其它外部应力来处理植株或种子，以及随后的选择技术。提供修饰的基因的其它方法是通过易错PCR和DNA改组，随后将所需的修饰的DNA插入到所需植株或种子中。在种子或植株中引入所需遗传变异的方法包括例如细菌载体的使用、基因枪、磷酸钙沉淀法、电穿孔、基因剪接、基因沉默、脂质转染、显微注射以及病毒载体。另外遗传修饰的材料已描述于2012年2月14日提交的美国申请序列号13/396,369中，所述申请的全部公开内容以引用的方式并入本文。
可使用本文所述的任何生物质材料的混合物来实践本文所述的任何方法。
其它材料
可利用本文所述的方法、设备和系统处理和/或制成其它材料(例如天然或合成材料)，例如聚合物。例如聚乙烯(例如线性低密度乙烯和高密度聚乙烯)、聚苯乙烯、磺化聚苯乙烯、聚(氯乙烯)、聚(氯乙烯)、聚酯(例如，尼龙、DacronTM、KodelTM)、聚亚烷基酯、聚乙烯基酯、聚酰胺(例如，KevlarTM)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、乙酸纤维素、缩醛、聚丙烯腈、聚碳酸酯(例如，LexanTM)、丙烯酸[例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚丙烯腈]、聚氨酯、聚丙烯、聚丁二烯、聚异丁烯、聚丙烯腈、聚氯丁烯(例如氯丁橡胶)、聚(顺式-1，4-异戊二烯)[例如天然橡胶]、聚(反式-1，4-异戊二烯)[例如，古塔胶(gutta percha)]、苯酚甲醛、三聚氰胺甲醛、环氧化物、聚酯、聚胺、聚羧酸、聚乳酸、聚乙烯醇、聚酸酐、聚氟碳(例如，TeflonTM)、硅(例如，硅酮橡胶)、聚硅烷、聚醚(例如，聚环氧乙烷、聚环氧丙烷)、蜡、油以及这些的混合物。还包括是塑料、橡胶、弹性体、纤维、蜡、凝胶、油、粘合剂、热塑性塑料、热固性塑料、生物可降解聚合物、用这些聚合物制成的树脂、其它聚合物、其它材料以及其组合。所述聚合物可通过任何有用的方法制成，所述方法包括阳离子聚合、阴离子聚合、自由基聚合、易位聚合、开环聚合、接枝聚合、加成聚合。在一些情况下，本文所公开的处理可用于例如自由基引发的接枝聚合和交联。还可处理和/或制备聚合物的复合物，例如与玻璃、金属、生物质(例如，纤维、颗粒)、陶瓷的复合物。
可通过使用本文所公开的方法、系统和设备处理的其它材料是陶瓷材料、矿物、金属、无机化合物。例如，硅和锗晶体、氮化硅、金属氧化物、半导体、绝缘体、水泥和或导体。
此外，可处理制造的多部分或成形的材料(例如模制、挤出、焊接、铆接、分层或以任何方式结合)，例如电缆、管道、板、外壳、集成半导体芯片、电路板、电线、轮胎、窗、层压材料、齿轮、皮带、机器、这些的组合。例如，通过本文所述的方法处理材料可改变表面，例如，从而使它们易于进一步功能化、结合(例如，焊接)和/或处理可使材料交联。
生物质材料制备-机械处理
生物质可处于干燥形式，例如具有小于约35％水分含量(例如，小于约20％、小于约15％、小于约10％、小于约5％、小于约4％、小于约3％、小于约2％或甚至小于约1％)。生物质还可在湿润状态下例如作为湿固体、具有至少约10wt.％固体(例如，至少约20wt.％、至少约30wt.％、至少约40wt.％、至少约50wt.％、至少约60wt.％、至少约70wt.％)的浆液或悬浮液传送。
本文公开的方法可利用低堆积密度材料，例如已物理预处理成具有小于约0.75g/cm3，例如，小于约0.7、0.65、0.60、0.50、0.35、0.25、0.20、0.15、0.10、0.05或更小，例如，小于约0.025g/cm3的堆积密度的纤维素或木质纤维素原料。使用ASTM D1895B确定堆积密度。简单地说，所述方法涉及用样品填充具有已知体积的量筒并且获得样品重量。堆积密度通过用样品重量(克)除以已知的量筒体积(立方厘米)来计算。如果需要，可例如通过Medoff的美国专利号7,971,809中所述的方法对低堆积密度材料进行致密化，所述专利的全部公开内容特此以引用的方式并入。
在一些情况下，预处理加工包括生物质材料的筛选。可通过具有所需开口大小的网或多孔板进行筛选，所述开口大小例如小于约6.35mm(1/4英寸，0.25英寸)(例如，小于约3.18mm(1/8英寸，0.125英寸)、小于约1.59mm(1/16英寸，0.0625英寸)、小于约0.79mm(1/32英寸，0.03125英寸)、例如小于约0.51mm(1/50英寸，0.02000英寸)、小于约0.40mm(1/64英寸，0.015625英寸)、小于约0.23mm(0.009英寸)、小于约0.20mm(1/128英寸，0.0078125英寸)、小于约0.18mm(0.007英寸)、小于约0.13mm(0.005英寸)，或甚至小于约0.10mm(1/256英寸，0.00390625英寸))。在一种配置中，所需生物质通过穿孔或筛网掉落，并且因此不照射大于穿孔或筛网的生物质。这些较大材料可例如通过粉碎来重新加工，或其可完全从加工中去除。在另一种配置中，照射大于穿孔的材料并且通过筛选方法来去除或再循环较小材料。在此类配置中，输送机本身(例如输送机的一部分)可为有穿孔的或用网制成。例如，在一个具体实施方案中，生物质材料可以是湿的并且穿孔或网允许在照射之前将水从生物质中排出。
材料的筛选还可通过手动方法，例如通过去除不想要的材料的操作员或机械体(例如，配备有颜色、反射率或其它传感器的机器人)进行。筛选还可通过磁筛选进行，其中将磁铁安置在输送的材料附近并且通过磁力去除磁性材料。
任选的预处理加工可包括加热材料。例如，输送机的一部分可通过加热区。加热区可例如通过IR辐射、微波、燃烧(例如，气体、煤、油、生物质)、电阻性加热和/或感线圈来产生。可从一个侧面或多于一个侧面施加热量，热量可以是连续的或间断的，并且可仅用于部分材料或用于所有材料。例如，可通过使用加热套来加热输送槽的一部分。加热可例如出于使材料干燥目的。在干燥材料的情况下，在加热或不加热的情况下，这还可通过在正在输送生物质时，气体(例如，空气、氧气、氮气、He、CO2、氩气)在生物质上和/或通过所述生物质的移动来促进。
任选地，预处理加工可包括使材料冷却。冷却材料描述于Medoff的美国专利号7,900,857中，所述专利的公开内容以引用的方式并入本文。例如，可通过将冷却流体，例如水(例如，与甘油一起)或氮(例如，液氮)供应至输送槽的底部来进行冷却。或者，可将冷却气体，例如冷冻氮气吹送到生物质材料上或输送系统下。
另一种任选的预处理加工方法可包括将材料添加至生物质。另外的材料可例如通过在输送生物质时将材料喷淋、喷洒和或倾倒至生物质来添加。可添加的材料包括例如金属、陶瓷和/或离子，如美国专利申请公布2010/0105119 A1(2009年10月26日提交)和美国专利申请公布2010/0159569 A1(2009年12月16日提交)中所描述，所述专利申请的全部公开内容以引用的方式并入本文。可添加的任选材料包括酸和碱。可添加的其它材料包括氧化剂(例如，过氧化物、氯酸盐)、聚合物、可聚合单体(例如，含有不饱和键)、水、催化剂、酶和/或生物体。可例如以纯的形式、作为在溶剂(例如，水或有机溶剂)中的溶液和/或作为溶液添加材料。在一些情况下，溶剂是挥发性的并且可例如通过加热和/或吹送如先前所述的气体使其蒸发。添加的材料可在生物质上形成均匀涂层或者为不同组分(例如，生物质和另外的材料)的均匀混合物。添加的材料可通过增加照射效率、阻尼照射或改变照射效果(例如，从电子束至X-射线或加热)来调节随后的照射步骤。所述方法可不影响照射，但是可适用于进一步的下游加工。添加的材料可例如通过降低灰尘水平来有助于输送材料。
生物质可通过皮带输送机、气动输送机、螺旋输送机、料斗、管、手动或者通过这些的组合传送至输送机(例如，用于本文所述的拱顶中的振动式输送机)。可通过任何这些方法将生物质例如掉落、倾倒和/或放置到输送机上。在一些实施方案中，使用封闭的材料分配系统将材料传送至输送机以帮助维持低氧气氛和/或控制粉尘和细粉。漂浮的或空气悬浮的生物质细粉和粉尘是不希望的，因为这些可形成爆炸隐患或损害电子枪的窗口箔(如果所述装置用于处理材料)。
可将材料平整以形成如下均匀厚度：约0.0312与5英寸之间(例如，约0.0625与2.000英寸之间、约0.125与1英寸之间、约0.125与0.5英寸之间、约0.3与0.9英寸之间、约0.2与0.5英寸之间、约0.25与1.0英寸之间、约0.25与0.5英寸之间。
一般来说，优选尽可能快地将材料输送通过电子束以使通量最大化。例如，可以至少1ft./min，例如至少2ft./min、至少3ft./min、至少4ft./min、至少5ft./min、至少10ft./min、至少15ft./min、20、25、30、35、40、45、50ft./min的速率输送材料。输送速率与射束电流相关，例如对于1/4英寸厚的生物质和100mA，输送机可以约20ft./min移动以提供有用的照射剂量，在50mA下，输送机可以约10ft./min移动以提供大约相同的照射剂量。
在生物质材料已输送通过辐射区之后，可进行任选的后处理加工。任选的后处理加工可以是例如相对于预照射加工所描述的方法。例如，生物质可筛选、加热、冷却和/或与添加剂组合。对于后照射独特的是可发生自由基的淬灭，例如通过添加流体或气体(例如，氧气、一氧化二氮、氨、液体)、使用压力、热量和/或添加自由基清除剂进行自由基的淬灭。例如，可将生物质输送出封闭的输送机并将其暴露于气体(例如，氧气)，其在所述气体中淬灭，从而形成羧基化基团。在一个实施方案中，生物质在照射期间暴露于反应性气体或流体。已照射的生物质的淬灭在Medoff的美国专利号8,083,906中描述，所述专利的全部公开内容以引用的方式并入本文。
如果需要，可使用除照射之外的一种或多种机械处理以进一步减小含碳水化合物材料的不顺应性。可在照射之前、期间和或之后应用这些方法。
在一些情况下，机械处理可包括如通过粉碎(例如切割、研磨、剪切、磨粉或斩切)来初始制备所接收的原料，例如材料的大小缩减。例如，在一些情况下，通过剪切或切剁来制备疏松原料(例如，再生纸、淀粉质材料或柳枝稷)。机械处理可减小含碳水化合物材料的堆积密度、增加含碳水化合物材料的表面积和/或降低含碳水化合物材料的一个或多个尺寸。
或者或此外，可用另一种处理来处理原料材料，例如化学处理，如用酸(HCl、H2SO4、H3PO4)、碱(例如KOH和NaOH)、化学氧化剂(例如，过氧化物、氯酸盐、臭氧)、照射、蒸汽爆炸、热解、超声处理、氧化、化学处理。所述处理可按任何次序和任何顺序和组合。例如，原料材料可首先通过一种或多种处理方法，例如化学处理，包括酸水解和与酸水解(例如利用HCl、H2SO4、H3PO4)组合，辐射、超声处理、氧化、热解或蒸汽爆炸进行物理处理，并且然后进行机械处理。这个顺序可以是有利的，因为通过一种或多种其它处理(例如照射或热解)进行处理的材料倾向于更易碎，并且因此可更易于通过机械处理进一步改变材料的结构。作为另一个实例，可如本文所述使用输送机将原料材料输送通过电离辐射并且然后进行机械处理。化学处理可去除一些或所有木质素(例如化学制浆)并且可使材料部分或完全水解。所述方法还可用于预先水解的材料。所述方法还可用于未预先水解的材料。所述方法可用于水解材料和未水解材料的混合物，例如具有约50％或更多的未水解材料、具有约60％或更多的未水解材料、具有约70％或更多的未水解材料、具有约80％或更多的未水解材料或甚至具有90％或更多的未水解材料。
除了大小缩减(其可在加工期间初期和/或后期进行)之外，机械处理还可有利地“打开”、“压紧”、破坏或破碎含碳水化合物材料，从而使材料的纤维素在物理处理期间更易于断链和/或晶体结构破裂。
机械处理含碳水化合物材料的方法包括例如碾磨或研磨。可使用例如锤磨机、球磨机、胶体磨、圆锥或锥形磨、盘磨机、轮碾机、威利磨(Wiley mill)、谷物碾磨机或其它磨进行碾磨。可使用例如切割/冲击型研磨机进行研磨。一些示例性研磨机包括石料研磨机、销棒研磨机、咖啡研磨机以及磨盘式研磨机。研磨或碾磨可例如通过使销棒或其它元件往复移动来提供，在销棒碾磨机中就是这样。其它机械处理方法包括机械撕破或撕裂、对纤维施加压力的其它方法以及空气摩擦碾磨。合适的机械处理进一步包括继续进行由先前加工步骤引发的材料内部结构破裂的任何其它技术。
机械进料制备系统可被配置成产生具有特定特征(例如像特定最大大小、特定长宽比或特定表面积比)的流。物理制备可提高反应速率、改进材料在输送机上的移动、改进材料的照射分布、改进材料的辐射均匀度、或减少打开材料并使其对于方法和/或试剂(如溶液中的试剂)更易接近所需要的加工时间。
可控制(例如，增加)原料的堆积密度。在一些情况下，可能希望例如通过使材料致密化(例如，致密化可使将其运输到另一个地点更容易并且成本更低)，并且随后使材料恢复到较低堆积密度状态(例如，在运输之后)来制备低堆积密度材料。可使材料致密化，例如从小于约0.2g/cc至大于约0.9g/cc(例如，小于约0.3g/cc至大于约0.5g/cc、小于约0.3g/cc至大于约0.9g/cc、小于约0.5g/cc至大于约0.9g/cc、小于约0.3g/cc至大于约0.8g/cc、小于约0.2g/cc至大于约0.5g/cc)。例如，可通过在Medoff的美国专利号7,932,065和国际公布号WO 2008/073186(2007年10月26日提交，以英语公布并且指定美国)中公开的方法和设备来使材料致密化，所述专利的全部公开内容以引用的方式并入本文。可通过本文所述的任何方法来加工致密化的材料，或由本文所述的任何方法加工的材料可随后致密化。
在一些实施方案中，有待加工的材料呈纤维材料形式，其包括通过剪切纤维源来提供的纤维。例如，可用旋转刀切割机来进行剪切。
例如，可例如在旋转刀切割机中剪切例如具有不顺应性的或其不顺应性水平已减小的纤维源，以提供第一纤维材料。使第一纤维材料通过例如具有1.59mm或更小(1/16英寸，0.0625英寸)的平均开口大小的第一筛网，以提供第二纤维材料。如果需要，可在剪切之前例如用切碎机切割纤维源。例如，当使用纸作为纤维源时，可首先使用切碎机，例如反相旋转螺旋切碎机(如由Munson(Utica，N.Y.)制造的那些)将纸切割成例如1/4-英寸至1/2-英寸宽的条。作为切碎的替代方案，可通过使用闸刀式切割机切割至所需大小来减小纸的大小。例如，闸刀式切割机可用于将纸切割成例如10英寸宽×12英寸长的片。
在一些实施方案中，剪切纤维源和使所得第一纤维材料通过第一筛网是同时进行的。还可以在间歇型过程中进行剪切和通过。
例如，旋转刀切割机可用于同时剪切纤维源和筛选第一纤维材料。旋转刀切割机包括可装载有通过切碎纤维源制备的切碎的纤维源的料斗。
在一些实施方式中，在糖化和/或发酵之前对原料进行物理处理。物理处理方法可包括一种或多种本文所述的任何那些方法，如机械处理、化学处理、照射、超声处理、氧化、热解或蒸汽爆炸。处理方法可以两种、三种、四种或甚至所有这些技术的组合使用(以任意顺序)。当使用多于一种处理方法时，所述方法可同时或不同时应用。改变生物质原料的分子结构的其它方法也可单独使用或与本文所公开的方法组合使用。
可使用的机械处理以及机械处理的含碳水化合物材料的特征在2011年10月18日提交的美国专利申请公布2012/0100577 A1中进一步详细描述，所述专利申请公布的全部公开内容特此以引用的方式并入本文。
超声处理、热解、氧化、蒸汽爆炸
如果需要，除照射之外或代替照射，可使用一种或多种超声处理、热解、氧化、加热或蒸汽爆炸方法，以减小或进一步减小含碳水化合物材料的不顺应性。例如，可在照射之前、期间和或之后应用这些方法。这些方法在Medoff的美国专利号7,932,065中详细描述，所述专利的全部公开内容以引用的方式并入本文。
处理的生物质材料的使用
使用本文所述的方法，起始生物质材料(例如，植物生物质、动物生物质、纸以及城市废物生物质)可用作原料以产生有用的中间体和产物如有机酸、有机酸的盐、酸酐、有机酸的酯和燃料，例如用于内燃机的燃料或用于燃料电池的原料。本文描述了可使用纤维素和/或木质纤维素材料作为原料的系统和方法，所述纤维素和/或木质纤维素材料容易获得但可能常常难以加工，例如城市废物流和废纸流，如包括报纸、牛皮纸、瓦楞纸或这些的混合物的流。
为了将原料转化成可被容易加工的形式，可通过糖化剂(例如酶或酸)将原料中的含有葡聚糖或木聚糖的纤维素水解成低分子量碳水化合物如糖，所过过程被称为糖化。然后，低分子量碳水化合物可用于例如现有制造厂中，如单细胞蛋白质厂、酶制造厂或燃料厂，例如，乙醇制造设施。
原料可使用酶，例如通过在溶剂例如水溶液中将材料与酶组合来进行水解。
或者，可通过有机体供应酶，所述有机体分解生物质(如生物质的纤维素和/或木质素部分)，含有或制造各种纤维分解酶(纤维素酶)、木质素酶或各种小分子生物质降解代谢物。这些酶可以是协同作用降解生物质的结晶纤维素或木质素部分的酶复合物。纤维素分解酶的实例包括：内切葡聚糖酶、纤维二糖水解酶和纤维二糖酶(β-葡萄糖苷酶)。
在糖化期间，纤维素底物可通过内切葡聚糖酶在随机位置初步水解，从而产生低聚中间体。这些中间体随后被作为外切葡聚糖酶如纤维二糖水解酶的底物，以从纤维素聚合物的末端产生纤维二糖。纤维二糖是葡萄糖的一种水溶性1，4-连接的二聚体。最后，纤维二糖酶裂解纤维二糖以得到葡萄糖。此过程的效率(例如，水解时间和/或水解完全性)取决于纤维素材料的不顺应性。
中间体和产物
使用本文所述的方法，可将生物质材料转化成一种或多种产物，如能量、燃料、食品以及材料。产物的具体实例包括但不限于氢、糖(例如，葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖、果糖、二糖、寡糖以及多糖)、醇(例如，一元醇或二元醇，如乙醇、正丙醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇或正丁醇)、水合醇或含水醇(例如，含有大于10％、20％、30％或甚至大于40％水)、生物柴油、有机酸、烃(例如，甲烷、乙烷、丙烷、异丁烯、戊烷、正己烷、生物柴油、生物汽油以及其混合物)、副产物(例如，蛋白质，如纤维素分解蛋白质(酶)或单细胞蛋白质)，以及处于任何组合或相对浓度，并且任选地与任何添加剂(例如，燃料添加剂)组合的任何这些产物的混合物。其它实例包括羧酸、羧酸的盐、羧酸与羧酸的盐的混合物以及羧酸的酯(例如，甲基、乙基和正丙基酯)、酮(例如，丙酮)、醛(例如，乙醛)、α和β不饱和酸(例如，丙烯酸)以及烯烃(例如，乙烯)。其它醇和醇衍生物包括丙醇、丙二醇、1，4-丁二醇、1，3-丙二醇、糖醇(例如，赤藓醇、乙二醇、甘油、山梨醇、苏糖醇、阿糖醇、核糖醇、甘露醇、半乳糖醇、岩藻糖醇、艾杜醇、异麦芽酮糖醇、麦芽糖醇、乳糖醇、木糖醇以及其它多元醇)以及任何这些醇的甲基或乙基酯。其它产物包括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、乳酸、柠檬酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、琥珀酸、戊酸、己酸、3-羟基丙酸、棕榈酸、硬脂酸、草酸、丙二酸、戊二酸、油酸、亚油酸、乙醇酸、γ-羟基丁酸以及其混合物、任何这些酸的盐、任何酸及其相应盐的混合物。
以上产物与彼此和/或以上产物与其它产物(所述其它产物可通过本文所述的方法或以其它方式制备)的任何组合可包装在一起并且作为产品来出售。产物可组合，例如，混合、共混或共同溶解，或可简单地包装在一起或一起出售。
本文所述的任何产物或产物得组合可在出售产物之前，例如，纯化或分离之后或甚至在包装之后进行消毒或灭菌，以中和可存在于产物中的一种或多种潜在不希望的污染物。可用例如小于约20Mrad，例如约0.1至15Mrad、约0.5至7Mrad或约1至3Mrad剂量的电子轰击进行所述消毒。
本文所述的方法可产生适用于产生在工厂的其它部分使用(热电联产)或在公开市场上出售的蒸汽和电力的各种副产物流。例如，由燃烧副产物流产生的蒸汽可用于蒸馏过程。作为另一个实例，由燃烧副产物流产生的电力可用于为在预处理中使用的电子束发生器提供动力。
用于产生蒸汽和电力的副产物来源于整个过程的众多来源。例如，废水的厌氧消化可产生甲烷含量高的沼气和少量废弃生物质(污泥)。作为另一个实例，可使用糖化后和/或蒸馏后固体(例如，从预处理和初级过程剩余的未转化的木质素、纤维素和半纤维素)，例如作为燃料燃烧。
包括食品和药物产品的其它中间体和产物描述于2010年5月20日公布的Medoff的美国专利申请公布2010/0124583 A1中，所述专利申请公布的全部公开内容特此以引用的方式并入。
源自木质素的产物
来自通过所描述的方法进行的木质纤维素加工的废生物质(例如，废木质纤维素材料)预期具有较高的木质素含量，并且除了适用于通过在热电厂中燃烧来产生能量之外还可用作其它有价值的产物。例如，木质素可用作捕获为塑料，或其可合成升级至其它塑料。在一些实例中，它还可转化成木质素磺酸盐，木质素磺酸盐可用作粘合剂、分散剂、乳化剂或螯合剂。
当用作粘合剂时，木质素或木质素磺酸盐可例如用于煤块中，用于陶瓷中，用于粘合炭黑、用于粘合肥料和除草剂，用作粉尘抑制剂，用于制备胶合板和刨花板，用于粘合动物饲料，用作玻璃纤维的粘合剂，用作如油毡贴的粘合剂和用作土壤稳定剂。
作为分散剂，木质素或木质素磺酸盐可用于例如混凝土混合物、粘土和陶瓷、染料和颜料、皮革鞣制和石膏板中。
作为乳化剂，木质素或木质素磺酸盐可用于例如沥青、颜料和染料、农药以及蜡乳液中。
作为螯合剂，木质素或木质素磺酸盐可用于例如微量营养素系统、洗涤剂和水处理系统中，例如用于锅炉和冷却系统。
对于能量产生，木质素通常具有比全纤维素(纤维素和半纤维素)更高的能量含量，因为它含有比全纤维素更多的碳。例如，相较于全纤维素的7,000与8,000BTU/磅之间，干木质素可具有约11,000与12,500BTU/磅之间的能量含量。如此，木质素可进行致密化并且转化成压块和球团以用于燃烧。例如，木质素可通过本文所述的任何方法转化成球团。对于较慢燃烧的球团或压块，可将木质素进行交联，如施加约0.5Mrad与5Mrad之间的辐射剂量。交联可得到较慢燃烧的形状因子。可在不存在空气的情况下通过热解，例如在400℃与950℃之间将形状因子如球团或压块转化成“合成煤”或活性炭。在热解之前，可能希望使木质素交联以维持结构完整性。
使用废生物质热电联产描述于2013年3月8日提交的美国临时申请号61/774,773中，其中的全部公开内容以引用的方式并入本文。
在照射之后生物质加工
在照射之后，可将生物质转移至容器以用于糖化。或者，可在糖化步骤之前照射生物质之后对生物质进行加热。生物质可例如通过IR辐射、微波、燃烧(例如，气体、煤、油、生物质)、电阻性加热和/或感线圈来产生。这种加热可以是在液体中，例如在水或其它基于水的溶剂中。可从至少一个侧面或多于一个侧面施加热量，热量可以是连续的或间断的，并且可仅用于部分材料或用于所有材料。可将生物质在可具有酸或碱存在的含水液体中加热至高于约90℃的温度。例如，可将含水生物质浆料加热至90℃至150℃，或者105℃至145℃，任选地110℃至140℃，或进一步任选地115℃至135℃。将含水生物质混合物保持在峰值温度下的时间是1至12小时，或者1至6小时，任选地在峰值温度下1至4小时。在一些实例中，含水生物质混合物是碱性的并且pH在1与5之间，任选地1至4或可替代地2至3。在其它实例中，含水生物质混合物是碱性的并且pH在6与13之间，可替代地8至12或任选地8至11。
糖化
处理的生物质材料通常可通过将材料与纤维素酶在流体介质(例如水溶液)中组合来进行糖化。在一些情况下，在糖化之前，将材料在热水中煮沸、浸泡或蒸煮，如2012年4月26日公布的Medoff和Masterman的美国专利申请公布2012/0100577 A1中所描述，所述专利申请公布的全部内容并入本文。
糖化过程可在制造厂中的储罐(例如，具有至少4000、40,000或500,000L体积的储罐)中部分或完全地进行，和/或可在转运中，例如，在轨道车、油罐卡车中或在超级油轮或船舱中部分或完全地进行。完全糖化所需要的时间将取决于工艺条件和所使用的含碳水化合物材料和酶。如果糖化是在受控的条件下在制造厂中进行，则纤维素可在约12-96小时内大致上完全转化成糖，例如葡萄糖。如果糖化是在转运中部分或完全地进行，则糖化可能花费较长时间。
通常优选在糖化期间例如使用喷射混合对储罐内容物进行混合，如在2010年5月18日提交的国际申请号PCT/US2010/035331中所描述，所述申请以英语公布为WO 2010/135380并且指定美国，所述申请的全部公开内容以引用的方式并入本文。
表面活性剂的添加可提高糖化速率。表面活性剂的实例包括非离子型表面活性剂(如20或80聚乙二醇表面活性剂)、离子型表面活性剂或两性表面活性剂。
通常优选由糖化得到的糖溶液的浓度相对较高，例如，大于40重量％，或大于50重量％、60重量％、70重量％、80重量％、90重量％或甚至大于95重量％。可例如通过蒸发去除水以增加糖溶液的浓度。这减小了待装运的体积并且还抑制了溶液中的微生物生长。
或者，可使用较低浓度的糖溶液，在这种情况下，可能希望以低浓度(例如，50至150ppm)添加抗微生物添加剂，例如广谱抗生素。其它适合的抗生素包括两性霉素B、氨苄青霉素、氯霉素、环丙沙星、庆大霉素、潮霉素B、卡那霉素、新霉素、青霉素、嘌呤霉素、链霉素。抗生素将在运输和储存期间抑制微生物的生长，并且可以适当的浓度(例如，以重量计在15与1000ppm之间，例如，在25与500ppm之间，或在50与150ppm之间)使用。如果希望，则即使糖浓度相对较高也可包括抗生素。或者，可使用具有抗微生物防腐特性的其它添加剂。优选地，抗微生物添加剂是食品级的。
可通过限制与酶一起添加到含碳水化合物材料中的水量来获得相对较高浓度的溶液。可例如通过控制糖化发生到何种程度来控制浓度。例如，可通过向溶液中添加更多含碳水化合物材料来增加浓度。为了保持正在溶液中产生的糖，可添加表面活性剂，例如，上文所论述的那些表面活性剂中一种。还可通过增加溶液的温度来增加溶解度。例如，可将溶液维持在40℃-50℃、60℃-80℃或甚至更高的温度下。
糖化剂
合适的纤维素分解酶包括来自以下属中的种的纤维素酶：芽孢杆菌属、鬼伞属、毁丝霉属、头孢霉属、柱顶孢霉属、青霉属、曲霉属、假单孢菌属、腐质霉属、镰刀菌属、梭孢壳属、枝顶孢属、金孢子菌属以及木霉属；特别是由选自以下种的菌株产生的那些纤维素酶：曲霉属(参见，例如，欧洲公布号0458 162)、特异腐质霉(Humicola insolens)(被重新分类为嗜热柱顶孢霉(Scytalidium thermophilum)，参见例如美国专利号4,435,307)、灰盖鬼伞(Coprinus cinereus)、尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)、嗜热毁丝霉(Myceliophthora thermophila)、大型亚灰树花菌(Meripilus giganteus)、太瑞斯梭孢壳霉(Thielaviaterrestris)、枝顶孢属(Acremonium sp.)(包括但不限于桃色枝顶孢(A.persicinum)、A.acremonium、A.brachypenium、A.dichromosporum、A.obclavatum、A.pinkertoniae、粉灰枝顶孢(A.roseogriseum)、A.incoloratum以及棕色枝顶孢(A.furatum))。优选菌株包括特异腐质霉DSM 1800、尖孢镰刀菌DSM 2672、嗜热毁丝霉CBS117.65、头孢霉属RYM-202、枝顶孢属CBS 478.94、枝顶孢属CBS 265.95、桃色枝顶孢CBS169.65、Acremonium acremonium AHU 9519、头孢霉属CBS 535.71、Acremoniumbrachypenium CBS 866.73、Acremonium dichromosporum CBS 683.73、Acremoniumobclavatum CBS 311.74、Acremonium pinkertoniae CBS 157.70、粉灰枝顶孢CBS134.56、Acremonium incoloratum CBS 146.62，以及棕色枝顶孢CBS 299.70H。纤维素分解酶还可以从金孢子菌属(Chrysosporium)，优选Chrysosporium lucknowense的菌株获得。可使用的另外菌株包括但不限于，木霉属(特别是绿色木霉(T.viride)、里氏木霉(T.reesei)以及康宁木霉(T.koningii))、嗜碱性芽孢杆菌(alkalophilic Bacillus)(参见，例如美国专利号3,844,890和欧洲公布号0 458 162)以及链霉菌属(参见，例如欧洲公布号0 458 162)。
除了酶之外或与酶组合，酸、碱和其它化学品(例如氧化剂)可用于糖化木质纤维素和纤维素材料。这些可以任何组合或顺序使用(例如，在添加酶之前、之后和/或期间)。例如，可使用强无机酸(例如，HCl、H2SO4、H3PO4)和强碱(例如，NaOH、KOH)。
糖
在本文所述的方法中，例如在糖化之后，可对糖(例如，葡萄糖和木糖)进行分离。例如，可通过沉淀法、结晶法、色谱法(例如，模拟的移动床色谱法、高压色谱法)、离心法、萃取法、本领域已知的任何其它分离方法以及其组合来对糖进行分离。
氢化和其它化学转化
本文所述的方法可包括氢化。例如，葡萄糖和木糖可分别氢化成山梨糖醇和木糖醇。可通过在高压(例如，10至12000psi)下与H2组合使用催化剂(例如，Pt/γ-Al2O3、Ru/C、雷尼镍或本领域已知的其它催化剂)来实现氢化。可使用来自本文所述方法的产物的其它类型的化学转化，例如有机糖衍生的产物(例如，糠醛和糠醛衍生的产物)的产生。糖衍生的产物的化学转化描述于2013年7月3日提交的美国申请号13/934704中，其公开内容以引用的方式整体并入本文。
发酵
酵母和发酵单胞菌属(Zymomonas)细菌，例如，可用于将一种或多种糖发酵或转化成一种或多种醇。其它微生物在下文进行讨论。发酵的最佳pH是约pH 4至7。例如，酵母的最佳pH是约pH 4至5，而发酵单胞菌的最佳pH是约pH 5至6。典型的发酵时间是约24至168小时(例如，24至96小时)，其中温度在20℃至40℃(例如，26℃至40℃)范围内，然而嗜热微生物偏好较高的温度。
在一些实施方案中，例如，当使用厌氧有机体时，至少一部分发酵是在不存在氧的情况下，例如，在惰性气体如N2、Ar、He、CO2或其混合物的覆盖层下进行。另外，混合物可具有在部分或全部发酵期间流经储罐的惰性气体的恒定吹扫。在一些情况下，可通过发酵期间的二氧化碳产生来实现或维持厌氧条件而不需要额外的惰性气体。
在一些实施方案中，可在低分子量糖完全转化成产物(例如，乙醇)之前中断全部或部分发酵过程。中间体发酵产物包括高浓度的糖和碳水化合物。糖和碳水化合物可经由本领域已知的任何手段进行分离。这些中间体发酵产物可用于制备用于人或动物消耗的食品。另外或可替代地，可在不锈钢实验室磨机中将中间体发酵产物研磨成细小颗粒大小以产生面粉状物质。可在发酵期间使用射流混合，并且在一些情况下在同一储罐中进行糖化和发酵。
可在糖化和/或发酵期间添加微生物的营养物，例如，在2011年7月15日提交的美国专利申请公布2012/0052536中所述的基于食品的营养物包，所述专利申请公布的完整公开内容以引用的方式并入本文
“发酵”包括在2013年6月27日公布的国际公布号WO 2013/096700和2013年6月27日公布的国际公布号WO 2013/096693中所公开的方法和产物，所述申请的内容均以引用的方式整体并入本文。
可利用移动发酵罐，如在国际申请号PCT/US2007/074028(其在2007年7月20日提交，以英语公布为WO2008/011598并且指定美国)中所描述，并且具有美国颁布的专利号8,318,453，所述申请的内容以引用的方式整体并入本文。类似地，糖化设备可以是可移动的。此外，糖化和/或发酵可以在转运期间部分或完全地进行。
发酵剂
在发酵中使用的微生物可以是天然存在的微生物和/或工程化的微生物。例如，微生物可以是细菌(包括但不限于，例如纤维素分解细菌)、真菌(包括但不限于，例如酵母)、植物、原生生物，例如，原生动物或真菌样原生动物(包括但不限于，例如，黏菌)或海藻。当生物体相容时，可使用生物体的混合物。
合适的发酵微生物具有将碳水化合物(如葡萄糖、果糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖、寡糖或多糖)转化成发酵产物的能力。发酵微生物包括以下种属的菌株：酵母属菌种(Sacchromyces spp.)(包括但不限于酿酒酵母(S.cerevisiae)(面包酵母)、糖化酵母(S.distaticus)、葡萄汁酵母(S.uvarum))、克鲁维酵母属(Kluyveromyces)(包括但不限于马克斯克鲁维酵母(K.marxianus)、脆壁克鲁维酵母(K.fragilis))、假丝酵母属(Candida)(包括但不限于假热带假丝酵母(C.pseudotropicalis)和芸薹假丝酵母(C.brassicae))、树干毕赤酵母(Pichia stipitis)(休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)的亲缘菌)、棒孢酵母属(Clavispora)(包括但不限于葡萄牙棒孢酵母(C.lusitaniae)和仙人掌棒孢酵母(C.opuntiae))、管囊酵母属(Pachysolen)(包括但不限于嗜鞣管囊酵母(P.tannophilus))、酒香酵母属(Bretannomyces)(包括但不限于，例如B.clausenii(Handbook on Bioethanol：Production and Utilization，Wyman，C.E.编辑，Taylor&Francis，Washington，DC，179-212中的Philippidis，G.P.，1996，Cellulosebioconversion technology))。其它适合的微生物包括例如运动发酵单胞菌(Zymomonasmobilis)、梭菌属菌种(Clostridium spp.)(包括但不限于热纤维梭菌(C.thermocellum)(Philippidis，1996，同上)、糖丁基丙酮梭菌(C.saccharobutylacetonicum)、酪丁酸梭菌(C.tyrobutyricum)、糖丁酸梭菌(C.saccharobutylicum)、略紫色梭菌(C.Puniceum)、拜氏梭菌(C.beijemckii)以及丙酮丁醇梭菌(C.acetobutylicum))、丛梗孢酵母属(Moniliellaspp.)(包括但不限于M.pollinis、M.tomentosa、M.madida、M.nigrescens、M.oedocephali、M.megachiliensis)、解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)、短梗霉属(Aureobasidiumsp.)、三型孢菌属(Trichosporonoides sp.)、变异三角酵母(Trigonopsis variabilis)、毛孢子菌属(Trichosporon sp.)、丛梗孢酵母属(Moniliellaacetoabutans sp.)、变异核瑚菌(Typhula variabilis)、木兰假丝酵母(Candida magnolia)、黑粉菌纲属(Ustilaginomycetes sp.)、Pseudozyma tsukubaensis、接合酵母属(Zygosaccharomyces)的酵母种、德巴利酵母属(Debaryomyces)、汉逊酵母属(Hansenula)和毕赤酵母属(Pichia)、以及暗丛梗孢形圆酵母属(Torula)的真菌(例如珊瑚藻圆酵母(T.corallina))。
许多所述微生物菌株可公开商购获得抑或通过储藏所获得，所述储藏所如，例如，ATCC(美国典型培养物保藏中心(American Type Culture Collection)，Manassas，Virginia，USA)、NRRL(农业研究机构培养物保藏中心(Agricultural Research SeviceCulture Collection)，Peoria，Illinois，USA)或DSMZ(德意志微生物保藏中心(DeutscheSammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH)，Braunschweig，Germany)。
可商购的酵母包括，例如，RED/Lesaffre Ethanol Red(可从Red Star/Lesaffre，USA获得)、(可从Fleischmann’s Yeast(Burns Philip Food Inc.的部门)，USA获得)、(Lallemand Biofuels和Distilled Spirits，Canada)、EAGLE C6 FUELTM或C6 FUELTM(可从Lallemand Biofuels和Distilled Spirits，Canada获得)、GERT(可从Gert Strand AB，Sweden获得)以及(可从DSMSpecialties获得)。
蒸馏
发酵之后，可使用例如“醪塔”蒸馏所得流体以使乙醇和其它醇与大部分水和残余固体分离。流出醪塔的蒸气可以是例如35重量％乙醇并且可被进料到精馏塔中。可使用气相分子筛将来自精馏塔的接近共沸的(92.5％)乙醇与水的混合物纯化为纯(99.5％)乙醇。可将醪塔底部物传送至三级蒸发器的第一级。精馏塔回流冷凝器可为此第一级提供热量。在第一级之后，可使用离心机分离固体并且在旋转干燥器中干燥。可将离心机流出液的一部分(25％)再循环至发酵，并且将其余部分传送至第二蒸发器级和第三蒸发器级。大部分蒸发器冷凝液可作为相当干净的冷凝液返回所述过程中，其中分离一小部分至废水处理以防止低沸点化合物的堆积。
含烃材料
如本文所用的“含烃材料”意指包括油砂、油页岩、沥青砂、煤粉、煤泥、沥青、各种类型的煤以及包含烃组分和固体物质两者的其它天然存在的和合成的材料。固体物质可包括岩石、砂、粘土、石头、泥沙、钻孔泥浆，或其它固体有机和/或无机物质。所述术语还可包括废产物，如钻井废弃物和副产物、精炼废弃物和副产物或含有烃组分的其它废产物，如沥青瓦和面层、沥青路面等。
输送系统
各种输送系统可用于例如将生物质材料输送至拱顶并且自拱顶输送。示例性输送机和输送系统是皮带输送机、气动输送机、螺旋输送机、推车、火车、轨道上火车或推车、电梯、前端装载机、反铲挖土机、起重机、各种铲土机和铲车、货车，并且可使用投掷装置。
其它实施方案
任何材料、方法或加工的材料可用于制备产物和/或中间体，如复合材料、填充剂、粘合剂、塑料添加剂、吸附剂和控制释放剂。所述方法可包括例如通过施加压力和热量至材料来致密化。例如，复合材料可通过将纤维材料与树脂或聚合物来制备。例如，辐射可交联树脂例如热塑性树脂可与纤维材料组合以提供纤维材料/可交联树脂组合。所述材料可例如适用作建筑材料、保护片、容器以及其它结构材料(例如模制和/或挤压制品)。吸收剂可以是例如呈粒料、碎片、纤维和/或薄片的形式。吸附剂可例如用作宠物寝具、包装材料或用于污染控制系统中。控制释放基质也可以是呈例如粒料、碎片、纤维和或薄片的形式。控制释放基质可例如用于释放药物、杀生物剂、芳香剂。例如，复合材料、吸收剂和控制释放剂以及它们的用途描述于2006年3月23日提交的美国序列号PCT/US2006/010648和2011年11月22日提交的美国专利号8,074,910中，所述专利的全部公开内容以引用的方式并入本文。
在一些实例中，例如利用加速电子在第一水平下处理生物质材料以减少不顺应性，以便选择性地释放一种或多种糖(例如，木糖)。然后可将生物质处理至第二水平以释放一种或多种其它糖(例如，葡萄糖)。任选地，可在处理之间干燥生物质。所述处理可包括施加化学和生物化学处理以释放糖。例如，可将生物质材料处理至小于约20Mrad(例如，小于约15Mrad、小于约10Mrad、小于约5Mrad、小于约2Mrad)的水平，并且然后用含有小于10％硫酸(例如，小于约9％、小于约8％、小于约7％、小于约6％、小于约5％、小于约4％、小于约3％、小于约2％、小于约1％、小于约0.75％、小于约0.50％、小于约0.25％)的硫酸溶液处理以释放木糖。例如，释放到溶液中的木糖可与固体分离，并且任选地用溶剂/溶液(例如用水和/或酸化水)洗涤所述固体。可将所述固体例如在空气中和/或真空下任选地在加热下(例如，约150℃以下，约120℃以下)干燥至低于约25wt.％(低于约20wt.％、低于约15wt.％、低于约10wt.％、低于约5wt.％)的水含量。然后可以小于约30Mrad(例如，小于约25Mrad、小于约20Mrad、小于约15Mrad、小于约10Mrad、小于约5Mrad、小于约1Mrad)的水平处理所述固体，并且然后用酶(例如纤维素酶)处理以释放葡萄糖。可使葡萄糖(例如，溶液中的葡萄糖)与剩余固体分离。所述固体然后可进行进一步加工，例如用于制备能量或其它产物(例如，源自木质素的产物)。
调味剂、芳香剂和着色剂
本文所述的例如通过本文所述的方法、系统和/或设备产生的任何产物和/或中间体可与调味剂、芳香剂、着色剂和/或这些的混合物组合。例如，糖、有机酸、燃料、多元醇如糖醇、生物质、纤维和复合材料中的任何一种或多种可(任选地与调味剂、芳香剂和/或着色剂一起)组合(例如，配制、混合或反应)或用于制备其它产物。例如，一种或多种所述产物可用于制备肥皂、洗涤剂、糖果、饮品(例如，可乐、葡萄酒、啤酒、洋酒如杜松子酒或伏特加酒、运动饮料、咖啡、茶)、药物、粘合剂、片材(例如，织物、非织物、滤纸、组织)和/或复合材料(例如，板)。例如，一种或多种所述产物可与草本植物、花、花瓣、香料、维生素、百花香或蜡烛组合。例如，配制、混合或反应的组合可具有葡萄柚、柑橘、苹果、覆盆子、香蕉、莴苣、芹菜、肉桂、巧克力、香草、胡椒薄荷、薄荷、洋葱、大蒜、胡椒、藏红花、姜、牛奶、葡萄酒、啤酒、茶、瘦牛肉、鱼、蛤、橄榄油、椰子脂、猪脂肪、乳脂、牛肉汤、豆类、马铃薯、马茉兰、火腿、咖啡和干酪的味道/香味。
可以任何量添加调味剂、芳香剂和着色剂，所述量如约0.001wt.％至约30wt.％之间，例如，约0.01wt.％至约20wt.％之间、约0.05wt.％至约10wt.％之间，或约0.1wt.％至约5wt.％之间。这些可通过任何方式并且以任何次序或顺序(例如，搅拌、混合、乳化、胶凝、浸渍、加热、超声处理和/或悬浮)(例如与本文所述的任何一种或多种产物或中间体一起)配制、混合和或反应。还可使用填充剂、粘合剂、乳化剂、抗氧化剂，例如蛋白质凝胶、淀粉和二氧化硅。
在一个实施方案中，可在照射生物质之后立即将调味剂、芳香剂和着色剂添加至生物质，以使得通过照射形成的反应部位可与所述调味剂、芳香剂和着色剂的反应性相容部位反应。
调味剂、芳香剂和着色剂可以是天然的和/或合成的材料。这些材料可以是化合物、这些的组合物或混合物中的一种或多种(例如，几种化合物的配制或天然组合物)。任选地，调味剂、芳香剂、抗氧化剂和着色剂可以是生物学来源的、例如来自发酵过程(例如，如本文所述的糖化材料的发酵)。或者或另外地，这些调味剂、芳香剂和着色剂可收获自完整生物体(例如植物、真菌、动物、细菌或酵母)或生物体的一部分。可通过任何方式收集和或提取生物体以提供颜料、调味剂、芳香剂和/或抗氧化剂，所述方式包括利用本文所述的方法、系统和设备、热水提取、超临界流体萃取、化学萃取(例如，溶剂或反应萃取，包括酸和碱)、机械提取(例如，压制、粉碎、过滤)、利用酶、利用细菌以便分解起始材料以及这些方法的组合。化合物可通过化学反应获得，例如，糖(例如，如本文所述产生的)与氨基酸的化学反应(美拉德(Maillard)反应)。所述调味剂、芳香剂、抗氧化剂和/或着色剂可以是通过本文所述的方法、设备或系统产生的中间体和或产物，例如源自酯和木质素的产物。
调味剂、芳香剂和着色剂
调味剂、芳香剂或着色剂的一些实例是多酚。多酚是负责许多水果、蔬菜、谷物和花的红色、紫色和蓝色着色剂的颜料。多酚也可具有抗氧化剂特性并且常常具有苦味。抗氧化剂特性使这些成为重要的防腐剂。一类多酚是黄酮类，如花色素、二氢黄酮醇、黄烷-3-醇、黄烷酮和二氢黄酮醇。可使用的其它酚类化合物包括酚酸及其酯，如绿原酸和聚合单宁。
在着色剂之中，可使用无机化合物、矿物或有机化合物，例如二氧化钛、氧化锌、氧化铝、镉黄(例如，CdS)、镉橙(例如与一些Se的CdS)、茜红(例如合成或非合成的茜素玫瑰红)、群青(例如，合成群青、天然群青、合成群青紫)、钴蓝、钴黄、钴绿、铬绿(例如，水合氧化铬(III))、chalcophylite、砷钙铜矿、绿砷铜矿(cornubite)、翠绿砷铜矿和水砷铝铜矿。可使用黑色颜料如炭黑和自分散炭黑。
可使用的一些调味剂和芳香剂包括ACALEA TBHQ、ACET C-6、格蓬酯(ALLYL AMYLGLYCOLATE)、α松油醇(ALPHA TERPINEOL)、麝香内脂(AMBRETTOLIDE)、AMBRINOL95、ANDRANE、阿芬美酯(APHERMATE)、APPLELIDE、香柠檬醛(BERGAMAL)、β紫罗兰酮环氧化物(BETA IONONE EPOXIDE)、β萘异丁醚、八氢香豆素(BICYCLONONALACTONE)、康辛醛(CANTHOXAL)、 VELVET、CEDRAFIX、乙酸柏木酯(CEDRYL ACETATE)、萨利麝香(CELESTOLIDE)、肉桂腈(CINNAMALVA)、柠檬醛二甲基乙酸酯(CITRAL DIMETHYL ACETATE)、CITROLATETM、香茅醇700(CITRONELLOL 700)、香茅醇950(CITRONELLOL950)、CITRONELLOLCOEUR、香茅醇乙酸酯(CITRONELLYLACETATE)、香茅醇乙酸酯PURE(CITRONELLYL ACETATE PURE)、甲酸香茅酯(CITRONELLYL FORMATE)、CLARYCET、CLONAL、CONIFERAN、CONIFERAN PURE、CORTEX ALDEHYDE 50％PEOMOSA、CYCLABUTE、CYCLEMAXTM、环己基乙酸乙酯(CYCLOHEXYL ETHYLACETATE)、DAMASCOL、DELTA DAMASCONE、DIHYDRO CYCLACET、二氢月桂烯醇(DIHYDROMYRCENOL)、二氢松油醇(DIHYDRO TERPINEOL)、二氢乙酸松油酯(DIHYDRO TERPINYLACETATE)、DIMETHYL CYCLORMOL、二甲基辛醇PQ(DIMETHYL OCTANOLPQ)、DIMYRCETOL、DIOLA、双戊烯(DIPENTENE)、RECRYSTALLIZED、乙基-3-苯基缩水甘油(ETHYL-3-PHENYL GLYCIDATE)、鸢尾酮(FLEURAMONE)、FLEURANIL、FLORAL SUPER、海风醛(FLORALOZONE)、FLORIFFOL、草莓酯(FRAISTONE)、苹果酯(FRUCTONE)、50、50BB、50IPM、UNDILUTED、GALBASCONE、香叶醛(GERALDEHYDE)、香叶醇5020(GERANIOL 5020)、香叶醇600型(GERANIOL 600 TYPE)、香叶醇950(GERANIOL 950)、香叶醇980(GERANIOL980)(PURE)、GERANIOL CFT COEUR、GERANIOL COEUR、GERANYL ACETATE COEUR、乙酸香叶酯(GERANYL ACETATE)、PURE、甲酸香叶酯(GERANYL FORMATE)、龙涎醚(GRISALVA)、乙酸愈疮木酯(GUAIYL ACETATE)、HELIONALTM、荷白酮(HERBAC)、HERBALIMETM、十六内酯(HEXADECANOLIDE)、新罗酮(HEXALON)、顺3-水杨酸己酯(HEXENYL SALICYLATECIS 3-)、风信子素(HYACINTH BODY)、风信子素No.3(HYACINTH BODYNO.3)、龙葵醛(HYDRATROPIC ALDEHYDE)、DMA、HYDROXYOL、INDOLAROME、异十一醛(INTRELEVEN ALDEHYDE)、特种异十一醛(INTRELEVEN ALDEHYDESPECIAL)、α紫罗兰酮(IONONE ALPHA)、β紫罗兰酮(IONONE BETA)、异环柠檬醛(ISO CYCLOCITRAL)、异环香叶醇(ISO CYCLO GERANIOL)、ISO E异丁基喹啉(ISOBUTYLQUINOLINE)、茉莉吡喃(JASMAL)、SUPER、KHUSINIL、LIFFAROMETM、LIMOXAL、LINDENOLTM、LYRAME SUPER、MANDARINALD 10％TRI ETH、CITR、MARITIMA、MCKCHINESE、MEIJIFFTM、MELAFLEUR、MELOZONE、邻氨基苯甲酸甲酯(METHYLANTHRANILATE)、甲基α紫罗兰酮特级(METHYL IONONE ALPHA EXTRA)、甲基γ紫罗兰酮A(METHYL IONONE GAMMAA)、METHYLIONONE GAMMA COEUR、甲基γ紫罗兰酮PURE(METHYL IONONE GAMMA PURE)、甲基薰衣草酮(METHYL LAVENDER KETONE)、MUGUESIA、铃兰花醛(MUGUET ALDEHYDE50)、麝香Z4(MUSK Z4)、柑青醛(MYRAC ALDEHYDE)、乙酸月桂烯酯(MYRCENYLACETATE)、NECTARATETM、橙花醇900(NEROL900)、乙酸橙花酯(NERYL ACETATE)、罗勒烯(OCIMENE)、OCTACETAL、橙花醚(ORANGE FLOWER ETHER)、ORIVONE、、ORRINIFF 25％、OXASPIRANE、OZOFLEUR、PEOMOSA、PICONIA、甲基柑青醛B(PRECYCLEMONE B)、乙酸异戊二烯酯(PRENYLACETATE)、普利斯曼醇(PRISMANTOL)、木犀草素(RESEDABODY)、ROSALVA、ROSAMUSK、SANJINOL、SANTALIFFTM、塞维他缩醛(SYVERTAL)、松油醇(TERPINEOL)、异松油烯20(TERPINOLENE 20)、异松油烯90PQ(TERPINOLENE 90PQ)、TERPINOLENE RECT.、乙酸松油酯(TERPINYL ACETATE)、TERPINYL ACETATE JAX、TETRAHYDRO、四氢月桂烯醇(TETRAHYDRO MYRCENOL)、TETRAMERAN、TIMBERSILKTM、TOBACAROL、O TT、VANORIS、VERDOXTM、VERDOXTMHC、 HC、COEUR、VERTOLIFF、VERTOLIFF ISO、VIOLIFF、VIVALDIE、ZENOLIDE、ABSINDIA 75 PCTMIGLYOL、ABS MOROCCO 50PCT DPG、ABS MOROCCO 50 PCT TEC、ABSOLUTE FRENCH、ABSOLUTE INDIA、ABSOLUTE MD50PCT BB、ABSOLUTE MOROCCO、CONCENTRATE PG、TINCTURE 20 PCT、龙涎香(AMBERGRIS)、麝葵精油(AMBRETTE ABSOLUTE)、麝葵籽油(AMBRETTE SEED OIL)、艾蒿油70 PCT金钟柏油(ARMOISE OIL 70 PCT THUYONE)、清香罗勒精油(BASIL ABSOLUTE GRAND VERT)、BASILGRAND VERT ABS MD、清香罗勒油(BASIL OIL GRAND VERT)、VERVEINA罗勒油(BASIL OILVERVEINA)、越南罗勒油(BASIL OIL VIETNAM)、无萜月桂油(BAy OIL TERPENELESS)、蜂蜡精油N G(BEESWAX ABS N G)、蜂蜡精油(BEESWAX ABSOLUTE)、暹罗安息香浸膏(BENZOINRESINOID SIAM)、暹罗安息香浸膏50 PCT DPG(BENZOIN RESINOID SIAM 50 PCT DPG)、暹罗安息香浸膏50 PCT PG(BENZOIN RESINOID SIAM 50 PCT PG)、暹罗安息香浸膏70.5 PCTTEC(BENZOIN RESINOID SIAM70.5 PCT TEC)、黑醋栗芽精油65 PCT PG(BLACKCURRANT BUDABS 65 PCT PG)、黑醋栗芽精油37 PCT TEC(BLACKCURRANT BUD ABS MD 37 PCT TEC)、黑醋栗芽精油MIGLYOL(BLACKCURRANT BUD ABS MIGLYOL)、勃艮第黑醋栗芽精油(BLACKCURRANT BUD ABSOLUTE BURGUNDY)、蔷薇木油(BOIS DE ROSE OIL)、糠精油(BRANABSOLUTE)、糠浸膏(BRAN RESINOID)、意大利金雀花精油(BROOM ABSOLUTE ITALY)、瓜地马拉小豆蔻CO2提取物(CARDAMOM GUATEMALA CO2 EXTRACT)、瓜地马拉小豆蔻油(CARDAMOMOIL GUATEMALA)、印度小豆蔻油(CARDAMOM OIL INDIA)、胡萝卜芯(CARROT HEART)、埃及金合欢精油(CASSIE ABSOLUTE EGYPT)、金合欢精油MD50 PCT IPM(CASSIE ABSOLUTE MD 50PCT IPM)、海狸香精油90 PCT TEC(CASTOREUM ABS 90 PCT TEC)、海狸香精油C 50 PCTMIGLYOL(CASTOREUM ABS C 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所述着色剂可以是英国染色工作者学会的国际染料索引中列出的那些。着色剂包括染料和颜料，并且包括通常用于着色纺织品、涂料、油墨和喷墨油墨的那些。可使用的一些着色剂包括类胡萝卜素、芳基化物黄、二芳基化物黄、β-萘酚、萘酚、苯并咪唑酮、双偶氮缩合颜料、吡唑啉酮、镍偶氮黄、酞菁、喹吖啶酮、苝和紫环酮、异吲哚啉酮和异吲哚啉颜料、三芳基阳碳颜料、二酮基吡咯并吡咯颜料、硫靛。类胡萝卜素包括α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、γ-胡萝卜素、番茄红素、叶黄素和虾青素、胭脂树(Annatto)提取物、脱水甜菜(甜菜粉)、角黄素(Canthaxanthin)、焦糖、β-阿朴-8′-胡萝卜素醛、胭脂虫(Cochineal)提取物、胭脂红、叶绿酸铜钠、烤熟的部分脱脂的蒸煮棉籽粉、葡糖酸亚铁、乳酸亚铁、葡萄颜色提取物、葡萄皮提取物(葡萄花青素)、胡萝卜油、红辣椒、辣椒红油树脂、基于云母的珠光颜料、核黄素、藏红花、二氧化钛、番茄红素提取物；番茄红素浓缩物、姜黄、姜黄油树脂、FD&C蓝1号、FD&C蓝2号、FD&C绿3号、橙B、橘红2号、FD&C红3号、FD&C红40号、FD&C黄5号、FD&C黄6号、氧化铝(干燥氢氧化铝)、碳酸钙、叶绿酸铜钠钾(叶绿酸铜复合物)、二羟基丙酮、氯氧化铋、亚铁氰化铁铵、亚铁氰化铁、氢氧化铬绿、氧化铬绿、鸟嘌呤、叶蜡石、滑石、铝粉、青铜粉、铜粉、氧化锌、D&C蓝4号、D&C绿5号、D&C绿6号、D&C绿8号、D&C橙4号、D&C橙5号、D&C橙10号、D&C橙11号、FD&C红4号、D&C红6号、D&C红7号、D&C红17号、D&C红21号、D&C红22号、D&C红27号、D&C红28号、D&C红30号、D&C红31号、D&C红33号、D&C红34号、D&C红36号、D&C红39号、D&C紫2号、D&C黄7号、Ext.D&C黄7号、D&C黄8号、D&C黄10号、D&C黄11号、D&C黑2号、D&C黑3(3)号、D&C褐1号、Ext.D&C、铬-钴-铝氧化物、柠檬酸铁铵、焦棓酚、洋苏木提取物、1，4-双[(2-羟基-乙基)氨基]-9，10-蒽二酮双(2-丙烯酸)酯共聚物、1，4-双[(2-甲基苯基)氨基]-9，10-蒽二酮、1，4-双[4-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)苯基氨基]蒽醌共聚物、咔唑紫、叶绿酸铜复合物、铬-钴-铝氧化物、C.I.还原橙1、2-[[2，5-二乙氧基-4-[(4-甲基苯基)硫醇]苯基]偶氮]-1，3，5-苯三酚、16，23-二氢二萘并[2，3-a：2′，3′-i]萘[2′，3′：6，7]吲哚并[2，3-c]咔唑5，10，15，17，22，24-异已酮、N，N′-(9，10-二氢-9，10-二氧代-1，5-蒽二基)双苯甲酰胺、7，16-二氯-6，15-二氢-5，9，14，18-二蒽并吡嗪四酮、16，17-二甲氧基二萘并(1，2，3-cd：3′，2′，1′-lm)苝-5，10-二酮、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)-染料共聚物(3)、活性黑5、活性蓝21、活性橙78、活性黄15、活性蓝19号、活性蓝4号、C.I.活性红11、C.I.活性黄86、C.I.活性蓝163、C.I.活性红180、4-[(2，4-二甲基苯基)偶氮]-2，4-二氢-5-甲基-2-苯基-3H-吡唑-3-酮(溶剂黄18)、6-乙氧基-2-(6-乙氧基-3-氧代苯并[b]噻吩-2(3H)-亚基)苯并[b]噻吩-3(2H)-酮、酞菁绿、乙烯醇/甲基丙烯酸甲酯-染料反应产物、C.I.活性红180、C.I.活性黑5、C.I.活性橙78、C.I.活性黄15、C.I.活性蓝21、1-氨基-4-[[4-[(2-溴-1-氧代烯丙基)氨基]-2-磺酸基苯基]氨基]-9，10-二氢-9，10-二氧杂蒽-2-磺酸二钠(活性蓝69)、D&C蓝9号、[酞菁(2-)]酮以及这些的混合物。
除了本文中的实施例以外或除非另外明确规定，否则本说明书的以下部分和所附权利要求书中的如关于材料、要素含量、反应时间和温度、数量比率和其它项目的量的所有数值范围、量、值和百分比可理解为前面加上措词“约”，即使术语“约”可能未明确地与值、量或范围一起出现也如此。因此，除非有相反的指示，否则以下说明书和所附权利要求书中所陈述的数值参数均是近似值，所述近似值可取决于本发明要寻求获得的所需特性而变化。在最低限度并且不试图限制对权利要求书范围的等价范围的原则的应用，每个数值参数均应当至少根据报道的有效数字的数值和通过应用普通四舍五入技术来解读。
尽管陈述本发明的宽泛范围的数值范围和参数是近似值，但在具体实施例中所陈述的数值尽可能准确地报告。然而，任何数值都固有地含有必然由其各自测试测量值中存在的标准偏差引起的某些误差。此外，当在本文阐述数值范围时，这些范围是将所引用范围端点包含在内的(例如，可使用端点)。当本文使用重量百分比时，所报告的数值是相对于总重量。
此外，应了解本文叙述的任何数值范围意欲包括纳入其中的所有子范围。例如，“1至10”的范围意在包括在引用的最小值1与引用的最大值10(含1及10)之间的所有子范围，即具有等于或大于1的最小值以及等于或小于10的最大值。如本文使用的术语“一个/种(one)”、“一个/种(a)”或“一个/种(an)”意欲包括“至少一个”或“一个或多个”，除非另外指示。
据称以引用的方式全部或部分并入本文的任何专利、公布或其它公开材料必须仅在以下程度上并入本文：并入的材料不得与本公开内容中阐述的现有定义、声明或其它公开材料冲突。因此，并且在必要的程度上，如本文所明确阐述的公开取代以引用的方式并入本文的任何冲突的材料。据称以引用的方式并入本文、但与本文所阐述的现有定义、陈述、或其它公开材料相冲突的任何材料或其部分将仅仅是在不会在所并入的材料与现有公开材料之间出现冲突的程度上并入。
另一方面，本申请还提供了以下实施方式：
1.一种在电子束下输送材料的方法，所述方法包括：
在输送机上输送生物质材料时使所述生物质材料暴露于电子束。
2.如实施方式1所述的方法，其中所述输送机是振动式输送机。
3.如实施方式2所述的方法，其中所述振动式输送机包括输送所述生物质的振动式输送机槽。
4.如实施方式3所述的方法，其中振动式输送机槽包括输送所述生物质的所述振动式输送机槽的第一表面，并且所述方法还包括冷却所述振动式输送机槽的第二表面，其中所述振动式输送机槽的所述第一表面和所述第二表面处于热连通。
5.如实施方式1所述的方法，其中所述总电子束功率具有至少50kW的功率。
6.如实施方式2所述的方法，其中所述振动式输送机在平行于输送的方向和垂直于所述电子束的扫描盒的方向上振荡。
7.如实施方式2所述的方法，其中所述振动式输送机包括金属、金属合金或镀层金属和金属合金。
8.如实施方式4所述的方法，其中所述振动式输送机槽的所述第一表面与所述第二表面之间的距离是约1/64与2英寸之间。
9.如实施方式4所述的方法，其还包括通过使所述第二表面与含有冷却流体的冷却外壳相接触来冷却所述第二表面。
10.如实施方式9所述的方法，其中所述振动式输送机槽的所述第二表面形成所述冷却外壳的一部分。
11.如实施方式9或10所述的方法，其还可包括通过使所述冷却流体经由所述外壳的入口流入所述冷却外壳并且使所述流体经由所述冷却外壳的出口流出所述冷却外壳来使所述流体流动通过所述冷却外壳。
12.如实施方式11所述的方法，其中所述冷却外壳包括被配置成允许所述冷却剂从所述入口流动至所述出口的通道。
13.如实施方式11或12所述的方法，其还包括将所述冷却剂在所述冷却外壳的所述入口处的温度与在所述外壳的所述出口处的温度的差异维持为约2℃至120℃。
14.如实施方式10至13中任一项所述的方法，其还包括将冷却流体通过所述冷却外壳的流速维持在0.5与150加仑/分钟之间。
15.一种用于照射材料的设备，所述设备包括：
电子束照射装置和振动式输送系统。
16.如实施方式15所述的设备，其中所述振动式输送系统包括被配置成在所述电子束照射装置下输送生物质材料的冷却的振动式输送机槽，并且
其中所述振动式输送机槽包括被配置成支撑和输送生物质材料的第一表面，和与所述第一表面热连通并且被配置成接触冷却系统的第二表面。
17.如实施方式16所述的设备，其中所述冷却系统包括被配置成包括冷却流体并且定位成与所述第二表面热连通的冷却外壳，所述冷却外壳包括所述冷却流体的入口和所述冷却流体的出口。
18.如实施方式17所述的设备，其中所述冷却外壳还包括被配置成允许所述冷却流体通过所述外壳从所述入口流动至所述出口的通道。
19.如实施方式15至18中任一项所述的设备，其中所述电子照射装置可供应至少50kW的功率。
20.如实施方式15至19中任一项所述的设备，其中所述振动式输送机槽包括金属、金属合金或镀层金属和金属合金。
21.如实施方式15至19中任一项所述的设备，其中所述振动式输送机槽的所述第一表面与所述第二表面之间的距离是约1/64与2英寸之间。
22.一种输送材料的方法，所述方法包括：
将材料输送通过加速电子场，所述电子撞击在振动式输送机的处理区上，其中所述处理区包括与所述处理区处于热连通的射束收集器。
23.如实施方式22所述的方法，其中所述射束收集器定位在所述振动式输送机的与撞击电子相反的侧上。
24.如实施方式22或23所述的方法，其中所述射束收集器与所述处理区成整体。
25.如实施方式22至24中任一项所述的方法，其还包括以约10kW至700kW的速率从所述射束收集器去除热量。
26.如实施方式25所述的方法，其还包括通过使冷却流体流动通过设置在所述射束收集器内的通道来从所述射束收集器去除热量。
27.如实施方式26所述的方法，其中流体通过入口进入设置在所述射束收集器中的所述通道并且在小于约140℃的温度下通过出口离开所述通道。
28.一种输送材料的方法，所述方法包括：
将材料输送通过加速电子场，所述电子撞击在振动式输送机的所述处理区上，其中所述处理区包括与所述处理区处于热连通的射束收集器和与所述处理区处于热连通的冷却外壳两者。
29.如实施方式1所述的方法，其中所述输送机包括输送所述生物质的输送机槽。
30.如实施方式29所述的方法，其中输送机槽包括输送所述生物质的第一表面，并且所述方法还包括冷却所述输送机槽的第二表面，其中所述输送机槽的所述第一表面和所述第二表面处于热连通。
31.如实施方式29所述的方法，其中所述输送机包括金属、金属合金或镀层金属和金属合金。
32.如实施方式30所述的方法，其中所述输送机槽的所述第一表面与所述第二表面之间的距离是约1/64与2英寸之间。
33.如实施方式30所述的方法，其还包括通过使所述第二表面与含有冷却流体的冷却外壳相接触来冷却所述第二表面。
34.如实施方式33所述的方法，其中所述输送机槽的所述第二表面形成所述冷却外壳的一部分。
35.如实施方式33或34所述的方法，其还可包括通过使所述冷却流体经由所述外壳的入口流入所述冷却外壳并且使所述流体经由所述冷却外壳的出口流出所述冷却外壳来使所述流体流动通过所述冷却外壳。
36.如实施方式35所述的方法，其中所述冷却外壳包括被配置成允许所述冷却剂从所述入口流动至所述出口的通道。
37.如实施方式35或36所述的方法，其还包括将所述冷却剂在所述冷却外壳的所述入口处的温度与在所述外壳的所述出口处的温度的差异维持为约2℃至120℃。
38.如实施方式36至38中任一项所述的方法，其还包括将冷却流体通过所述冷却外壳的流速维持在0.5与150加仑/分钟之间。
39.一种用于照射材料的设备，所述设备包括：
电子束照射装置和输送系统。
40.如实施方式41所述的设备，其中所述输送系统包括被配置成在所述电子束照射装置下输送生物质材料的冷却的输送机槽，并且
其中所述输送机槽包括被配置成支撑和输送生物质材料的第一表面，和与所述第一表面热连通并且被配置成接触冷却系统的第二表面。
41.如实施方式40所述的设备，其中所述冷却系统包括被配置成包括冷却流体并且定位成与所述第二表面热连通的冷却外壳，所述冷却外壳包括所述冷却流体的入口和所述冷却流体的出口。
42.如实施方式41所述的设备，其中所述冷却外壳还包括被配置成允许所述冷却流体通过所述外壳从所述入口流动至所述出口的通道。
43.如实施方式39至42中任一项所述的设备，其中所述电子照射装置可供应至少50kW的功率。
44.如实施方式39至43中任一项所述的设备，其中所述输送机槽包括金属、金属合金或镀层金属和金属合金。
45.如实施方式39至43中任一项所述的设备，其中所述输送机槽的所述第一表面与所述第二表面之间的距离是约1/64与2英寸之间。
46.一种输送材料的方法，所述方法包括：
将材料输送通过加速电子场，所述电子撞击在振动式输送机的处理区上，其中所述处理区包括与所述处理区处于热连通的射束收集器。
47.如实施方式46所述的方法，其中所述射束收集器定位在所述振动式输送机的与撞击电子相反的侧上。
48.如实施方式46或47所述的方法，其中所述射束收集器与所述处理区成整体。
49.如实施方式46至48中任一项所述的方法，其还包括以约10kW至700kW的速率从所述射束收集器去除热量。
50.如实施方式49所述的方法，其还包括通过使冷却流体流动通过设置在所述射束收集器内的通道来从所述射束收集器去除热量。
51.如实施方式50所述的方法，其中流体通过入口进入设置在所述射束收集器中的所述通道并且在小于约140℃的温度下通过出口离开所述通道。
52.一种输送材料的方法，所述方法包括：
将材料输送通过加速电子场，所述电子撞击在振动式输送机的处理区上，其中所述处理区包括与所述处理区处于热连通的射束收集器和与所述处理区处于热连通的冷却外壳两者。
53.一种在电子束下输送材料的方法，所述方法包括：
在振动式输送机上输送生物质材料时使所述生物质材料暴露于电子束，其中所述振动式输送机包括输送所述生物质的具有第一表面的振动式输送机槽，并且
冷却所述振动式输送机槽的第二表面，
其中所述振动式输送机槽的所述第一表面和所述第二表面处于热连通。
54.如实施方式53所述的方法，其中所述电子束的总电子束功率具有至少50kW的功率。
55.如实施方式53所述的方法，其中所述振动式输送机在平行于输送的方向和垂直于所述电子束的扫描盒的方向上振荡。
56.如实施方式53所述的方法，其中所述振动式输送机包括金属、金属合金或镀层金属和金属合金。
57.如实施方式53所述的方法，其中所述振动式输送机槽的所述第一表面与所述第二表面之间的距离在约1/64英寸与2英寸之间。
58.如实施方式53所述的方法，其还包括通过使所述第二表面与含有冷却流体的冷却外壳相接触来冷却所述第二表面。
59.如实施方式58所述的方法，其中所述振动式输送机槽的所述第二表面形成所述冷却外壳的一部分。
60.如实施方式58所述的方法，其还包括通过使所述冷却流体经由所述外壳的入口流入所述冷却外壳并且使所述流体经由所述冷却外壳的出口流出所述冷却外壳来使所述流体流动通过所述冷却外壳。
61.如实施方式60所述的方法，其中所述冷却外壳包括被配置成允许所述冷却剂从所述入口流动至所述出口的通道。
62.如实施方式60所述的方法，其还包括将所述冷却剂在所述冷却外壳的所述入口处的温度与在所述外壳的所述出口处的温度的差异维持为约2℃至120℃。
63.如实施方式59所述的方法，其还包括将冷却流体通过所述冷却外壳的流速维持在0.5与150加仑/分钟之间。
64.一种用于照射材料的设备，所述设备包括：
电子束照射装置和振动式输送系统；
其中所述振动式输送系统包括被配置成在所述电子束照射装置下输送生物质材料的冷却的振动式输送机槽，并且
其中所述振动式输送机槽包括被配置成支撑和输送生物质材料的第一表面，和与所述第一表面热连通并且被配置成接触冷却系统的第二表面。
65.如实施方式64所述的设备，其中所述冷却系统包括被配置成包括冷却流体并且定位成与所述第二表面热连通的冷却外壳，所述冷却外壳包括所述冷却流体的入口和所述冷却流体的出口。
66.如实施方式65所述的设备，其中所述冷却外壳还包括被配置成允许所述冷却流体通过所述外壳从所述入口流动至所述出口的通道。
67.如实施方式64所述的设备，其中所述电子束照射装置供应至少50kW的功率。
68.如实施方式64所述的设备，其中所述振动式输送机槽包括金属、金属合金或镀层金属和金属合金。
69.如实施方式64所述的设备，其中所述振动式输送机槽的所述第一表面与所述第二表面之间的距离在约1/64英寸与2英寸之间。
70.一种输送材料的方法，所述方法包括：
将材料输送通过加速电子场，所述电子撞击在振动式输送机的处理区上，其中所述处理区包括与所述处理区处于热连通的射束收集器。
71.如实施方式70所述的方法，其中所述射束收集器定位在所述振动式输送机的与撞击电子相反的侧上。
72.如实施方式70所述的方法，其中所述射束收集器与所述处理区成整体。
73.如实施方式70所述的方法，其还包括以约10kW至700kW的速率从所述射束收集器去除热量。
74.如实施方式73所述的方法，其还包括通过使冷却流体流动通过设置在所述射束收集器内的通道来从所述射束收集器去除热量。
75.如实施方式74所述的方法，其中流体通过入口进入设置在所述射束收集器中的所述通道并且在小于约140℃的温度下通过出口离开所述通道。
76.一种输送材料的方法，所述方法包括：
将材料输送通过加速电子场，所述电子撞击在振动式输送机的所述处理区上，其中所述处理区包括与所述处理区处于热连通的射束收集器和与所述处理区处于热连通的冷却外壳两者。
77.如实施方式76所述的方法，其中所述输送机包括输送所述生物质的输送机槽。
78.如实施方式77所述的方法，其中所述输送机槽包括输送所述生物质的所述输送机槽的第一表面，并且所述方法还包括冷却所述输送机槽的第二表面，其中所述输送机槽的所述第一表面和所述第二表面处于热连通。
79.如实施方式77所述的方法，其中所述输送机槽包括金属、金属合金或镀层金属和金属合金。
80.如实施方式78所述的方法，其中所述输送机槽的所述第一表面与所述第二表面之间的距离在约1/64英寸与2英寸之间。
81.如实施方式78所述的方法，其还包括通过使所述第二表面与含有冷却流体的冷却外壳相接触来冷却所述第二表面。
82.如实施方式81所述的方法，其中所述输送机槽的所述第二表面形成所述冷却外壳的一部分。
83.如实施方式81所述的方法，其还包括通过使所述冷却流体经由所述外壳的入口流入所述冷却外壳并且使所述流体经由所述冷却外壳的出口流出所述冷却外壳来使所述流体流动通过所述冷却外壳。
84.如实施方式83所述的方法，其中所述冷却外壳包括被配置成允许所述冷却剂从所述入口流动至所述出口的通道。
85.如实施方式83所述的方法，其还包括将所述冷却剂在所述冷却外壳的所述入口处的温度与在所述外壳的所述出口处的温度的差异维持为约2℃至120℃。
86.如实施方式84所述的方法，其还包括将冷却流体通过所述冷却外壳的流速维持在0.5加仑/分钟与150加仑/分钟之间。
87.一种用于照射材料的设备，所述设备包括：
电子束照射装置和输送系统；
其中所述输送系统包括被配置成在所述电子束照射装置下输送生物质材料的冷却的输送机槽，并且
其中所述输送机槽包括被配置成支撑和输送生物质材料的第一表面，和与所述第一表面热连通并且被配置成接触冷却系统的第二表面。
88.如实施方式87所述的设备，其中所述冷却系统包括被配置成包括冷却流体并且定位成与所述第二表面热连通的冷却外壳，所述冷却外壳包括所述冷却流体的入口和所述冷却流体的出口。
89.如实施方式88所述的设备，其中所述冷却外壳还包括被配置成允许所述冷却流体通过所述外壳从所述入口流动至所述出口的通道。
90.如实施方式87所述的设备，其中所述电子束照射装置供应至少50kW的功率。
91.如实施方式87所述的设备，其中所述输送机槽包括金属、金属合金或镀层金属和金属合金。
92.如实施方式87所述的设备，其中所述输送机槽的所述第一表面与所述第二表面之间的距离在约1/64英寸与2英寸之间。
93.一种在电子束下输送材料的方法，所述方法包括：
使生物质材料暴露于具有扫描盒的电子束，同时在在平行于输送的方向和垂直于所述电子束的所述扫描盒的方向上振荡的振动式输送机上输送所述生物质材料。
94.如实施方式93所述的方法，其中所述电子束供应至少50kW的功率。
95.如实施方式93所述的方法，其中所述输送机包括输送所述生物质的输送机槽。
96.如实施方式95所述的方法，其中所述输送机槽包括输送所述生物质的所述输送机槽的第一表面，并且所述方法还包括冷却所述输送机槽的第二表面，其中所述输送机槽的所述第一表面和所述第二表面处于热连通。
97.如实施方式95所述的方法，其中所述输送机槽包括金属、金属合金或镀层金属和金属合金。
98.如实施方式96所述的方法，其中所述输送机槽的所述第一表面与所述第二表面之间的距离在约1/64英寸与2英寸之间。
99.如实施方式96所述的方法，其还包括通过使所述第二表面与含有冷却流体的冷却外壳相接触来冷却所述第二表面。
100.如实施方式99所述的方法，其中所述输送机槽的所述第二表面形成所述冷却外壳的一部分。
101.一种在电子束下输送材料的方法，所述方法包括：
在振动式输送机上输送生物质材料时使所述生物质材料暴露于电子束，其中所述振动式输送机包括输送所述生物质的具有第一表面的振动式输送机槽，并且
在平行于输送的方向和垂直于所述电子束的所述扫描盒的方向上振荡所述振动式输送机。
102.如实施方式101所述的方法，其中所述振动式输送机槽包括输送所述生物质的所述振动式输送机槽的第一表面，并且所述方法还包括冷却所述振动式输送机槽的第二表面，其中所述振动式输送机槽的所述第一表面和所述第二表面处于热连通。
103.如实施方式101所述的方法，其中所述电子束的总电子束功率具有至少50kW的功率。
104.如实施方式101所述的方法，其中所述振动式输送机包括金属、金属合金或镀层金属和金属合金。
105.如实施方式102所述的方法，其中所述振动式输送机槽的所述第一表面与所述第二表面之间的距离在约1/64英寸与2英寸之间。
106.如实施方式102所述的方法，其还包括通过使所述第二表面与含有冷却流体的冷却外壳相接触来冷却所述第二表面。
107.如实施方式106所述的方法，其中所述振动式输送机槽的所述第二表面形成所述冷却外壳的一部分。
108.如实施方式106所述的方法，其还包括通过使所述冷却流体经由所述外壳的入口流入所述冷却外壳并且使所述流体经由所述冷却外壳的出口流出所述冷却外壳来使所述流体流动通过所述冷却外壳。
109.如实施方式108所述的方法，其中所述冷却外壳包括被配置成允许所述冷却剂从所述入口流动至所述出口的通道。
110.如实施方式108所述的方法，其还包括将所述冷却剂在所述冷却外壳的所述入口处的温度与在所述外壳的所述出口处的温度的差异维持为约2℃至120℃。
111.如实施方式107所述的方法，其还包括将冷却流体通过所述冷却外壳的流速维持在0.5加仑/分钟与150加仑/分钟之间。
112.一种在电子束下输送材料的方法，所述方法包括：
在输送机上输送生物质材料时使所述生物质材料暴露于电子束，并且
冷却所述输送机的表面。
113.如实施方式112所述的方法，其中所述输送机是振动式输送机。
114.如实施方式113所述的方法，其中所述振动式输送机包括输送所述生物质的振动式输送机槽。
115.如实施方式114所述的方法，其中所述振动式输送机槽包括输送所述生物质的振动式输送机槽的第一表面，并且冷却包括通过使所述振动式输送机槽的第二表面与含有冷却流体的冷却外壳相接触来冷却所述振动式输送机槽的第二表面，其中所述振动式输送机槽的所述第一表面和所述第二表面处于热连通。
116.如实施方式115所述的方法，其中所述振动式输送机槽的所述第一表面与所述第二表面之间的距离在约1/64英寸与2英寸之间。
117.如实施方式115所述的方法，其中所述振动式输送机槽的所述第二表面形成所述冷却外壳的一部分。
118.如实施方式115所述的方法，其还包括通过使所述冷却流体经由所述外壳的入口流入所述冷却外壳并且使所述流体经由所述冷却外壳的出口流出所述冷却外壳来使所述流体流动通过所述冷却外壳。
119.如实施方式118所述的方法，其中所述冷却外壳包括被配置成允许所述冷却剂从所述入口流动至所述出口的通道。
120.如实施方式118所述的方法，其还包括将所述冷却剂在所述冷却外壳的所述入口处的温度与在所述外壳的所述出口处的温度的差异维持为约2℃至120℃。
121.如实施方式117所述的方法，其还包括将冷却流体通过所述冷却外壳的流速维持在0.5加仑/分钟与150加仑/分钟之间。
122.一种在电子束下输送材料的方法，所述方法包括：
在输送机上输送生物质材料时使所述生物质材料暴露于电子束，其中所述输送机是振动式输送机，其中所述电子撞击在所述振动式输送机的处理区上，并且其中所述处理区包括与所述处理区处于热连通的射束收集器。
123.如实施方式122所述的方法，其中所述振动式输送机包括输送所述生物质的振动式输送机槽。
124.如实施方式123所述的方法，其中所述振动式输送机槽包括输送所述生物质的所述振动式输送机槽的第一表面，并且所述方法还包括冷却所述振动式输送机槽的第二表面，其中所述振动式输送机槽的所述第一表面和所述第二表面处于热连通。
125.如实施方式122所述的方法，其中所述电子束的总电子束功率具有至少50kW的功率。
126.如实施方式122所述的方法，其中所述振动式输送机在平行于输送的方向和垂直于所述电子束的扫描盒的方向上振荡。
127.如实施方式122所述的方法，其中所述振动式输送机包括金属、金属合金或镀层金属。
128.如实施方式124所述的方法，其中所述振动式输送机槽的所述第一表面与所述第二表面之间的距离在约1/64英寸与2英寸之间。
129.如实施方式124所述的方法，其还包括通过使所述第二表面与含有冷却流体的冷却外壳相接触来冷却所述第二表面。
130.如实施方式129所述的方法，其中所述振动式输送机槽的所述第二表面形成所述冷却外壳的一部分。
131.如实施方式129所述的方法，其还包括通过使所述冷却流体经由所述外壳的入口流入所述冷却外壳并且使所述流体经由所述冷却外壳的出口流出所述冷却外壳来使所述流体流动通过所述冷却外壳。
132.如实施方式131所述的方法，其中所述冷却外壳包括被配置成允许所述冷却剂从所述入口流动至所述出口的通道。
133.如实施方式131所述的方法，其还包括将所述冷却剂在所述冷却外壳的所述入口处的温度与在所述外壳的所述出口处的温度的差异维持为约2℃至120℃。
134.如实施方式130所述的方法，其还包括将冷却流体通过所述冷却外壳的流速维持在0.5加仑/分钟与150加仑/分钟之间。
135.一种用于照射材料的设备，所述设备包括：
电子束照射装置；和
振动式输送系统，其中所述振动式输送系统包括振动式输送机并且电子撞击在所述振动式输送机的处理区上，并且其中所述处理区包括与所述处理区处于热连通的射束收集器。
136.如实施方式135所述的设备，其中所述振动式输送系统包括被配置成在所述电子束照射装置下输送生物质材料的冷却的振动式输送机槽，并且其中所述振动式输送机槽包括被配置成支撑和输送生物质材料的第一表面，和与所述第一表面热连通并且被配置成接触冷却系统的第二表面。
137.如实施方式136所述的设备，其中所述冷却系统包括被配置成包括冷却流体并且定位成与所述第二表面热连通的冷却外壳，所述冷却外壳包括所述冷却流体的入口和所述冷却流体的出口。
138.如实施方式137所述的设备，其中所述冷却外壳还包括被配置成允许所述冷却流体通过所述外壳从所述入口流动至所述出口的通道。
139.如实施方式135-138中的任一项所述的设备，其中所述电子束照射装置供应至少50kW的功率。
140.如实施方式136-138中的任一项所述的设备，其中所述振动式输送机槽包括金属、金属合金或镀层金属和金属合金。
141.如实施方式136-138中的任一项所述的设备，其中所述振动式输送机槽的所述第一表面与所述第二表面之间的距离在约1/64英寸与2英寸之间。
142.一种在电子束下输送材料的方法，所述方法包括：
在振动式输送机上输送堆积密度小于0.7g/cm3的生物质材料时使所述生物质材料暴露于电子束，
其中所述生物质材料通过电子束进行能量为0.5-10MeV的电子轰击处理，
其中所述振动式输送机包括振动式输送机槽，
其中所述振动式输送机槽包括输送所述生物质的所述振动式输送机槽的第一表面，并且
所述方法还包括冷却所述振动式输送机槽的第二表面，其中所述振动式输送机槽的所述第一表面和所述第二表面处于热连通。
143.如实施方式142所述的方法，其中所述电子束的总电子束功率具有至少50kW的功率。
144.如实施方式142所述的方法，其中所述振动式输送机包括金属、金属合金或镀层金属和金属合金。
145.如实施方式142所述的方法，其中所述振动式输送机槽的所述第一表面与所述第二表面之间的距离在1/64英寸与2英寸之间。
146.如实施方式142所述的方法，其还包括通过使所述第二表面与含有冷却流体的冷却外壳相接触来冷却所述第二表面。
147.如实施方式146所述的方法，其中所述振动式输送机槽的所述第二表面形成所述冷却外壳的一部分。
148.如实施方式146所述的方法，其还包括通过使所述冷却流体经由所述外壳的入口流入所述冷却外壳并且使所述流体经由所述冷却外壳的出口流出所述冷却外壳来使所述流体流动通过所述冷却外壳。
149.如实施方式148所述的方法，其中所述冷却外壳包括被配置成允许所述冷却流体从所述入口流动至所述出口的通道。
150.如实施方式148所述的方法，其还包括将所述冷却流体在所述冷却外壳的所述入口处的温度与在所述外壳的所述出口处的温度的差异维持为2℃至120℃。
151.如实施方式146所述的方法，其还包括将冷却流体通过所述冷却外壳的流速维持在0.5与150加仑/分钟之间。
152.一种在电子束下输送材料的方法，所述方法包括：
在振动式输送机上输送堆积密度小于0.7g/cm3的生物质材料时使所述生物质材料暴露于从扫描盒发出的电子束，
其中所述生物质材料通过电子束进行能量为0.5-10MeV的电子轰击处理，并且
其中所述振动式输送机在平行于输送的方向和垂直于所述电子束的所述扫描盒的方向上振荡。
153.如实施方式152所述的方法，其中所述振动式输送机包括输送所述生物质的振动式输送机槽。
154.如实施方式153所述的方法，其中所述振动式输送机槽包括输送所述生物质的所述振动式输送机槽的第一表面，并且所述方法还包括冷却所述振动式输送机槽的第二表面，其中所述振动式输送机槽的所述第一表面和所述第二表面处于热连通。
155.如实施方式152所述的方法，其中所述电子束的总电子束功率具有至少50kW的功率。
156.如实施方式152所述的方法，其中所述振动式输送机包括金属、金属合金或镀层金属和金属合金。
157.如实施方式154所述的方法，其中所述振动式输送机槽的所述第一表面与所述第二表面之间的距离在1/64英寸与2英寸之间。
158.如实施方式154所述的方法，其还包括通过使所述第二表面与含有冷却流体的冷却外壳相接触来冷却所述第二表面。
159.如实施方式158所述的方法，其中所述振动式输送机槽的所述第二表面形成所述冷却外壳的一部分。
160.如实施方式158所述的方法，其还包括通过使所述冷却流体经由所述外壳的入口流入所述冷却外壳并且使所述流体经由所述冷却外壳的出口流出所述冷却外壳来使所述流体流动通过所述冷却外壳。
161.如实施方式160所述的方法，其中所述冷却外壳包括被配置成允许所述冷却流体从所述入口流动至所述出口的通道。
162.如实施方式160所述的方法，其还包括将所述冷却流体在所述冷却外壳的所述入口处的温度与在所述外壳的所述出口处的温度的差异维持为2℃至120℃。
163.如实施方式158所述的方法，其还包括将冷却流体通过所述冷却外壳的流速维持在0.5与150加仑/分钟之间。
164.一种冷却系统，所述冷却系统包括冷却外壳，
其中所述冷却外壳被配置成含有冷却流体。
虽然本发明已参考其优选实施方案进行特定显示和描述，但本领域技术人员应了解，可在不脱离由所附权利要求涵盖的本发明的范围下在其中在形式和细节方面做出各种改变。

Claims (10)

1.一种在电子束下输送材料的方法，所述方法包括：
在振动式输送机上输送生物质材料时使所述生物质材料暴露于电子束，其中所述振动式输送机包括输送所述生物质的具有第一表面的振动式输送机槽，并且
冷却所述振动式输送机槽的第二表面，
其中所述振动式输送机槽的所述第一表面和所述第二表面处于热连通。
2.一种用于照射材料的设备，所述设备包括：
电子束照射装置和振动式输送系统；
其中所述振动式输送系统包括被配置成在所述电子束照射装置下输送生物质材料的冷却的振动式输送机槽，并且
其中所述振动式输送机槽包括被配置成支撑和输送生物质材料的第一表面，和与所述第一表面热连通并且被配置成接触冷却系统的第二表面。
3.一种输送材料的方法，所述方法包括：
将材料输送通过加速电子场，所述电子撞击在振动式输送机的处理区上，其中所述处理区包括与所述处理区处于热连通的射束收集器。
4.一种输送材料的方法，所述方法包括：
将材料输送通过加速电子场，所述电子撞击在振动式输送机的所述处理区上，其中所述处理区包括与所述处理区处于热连通的射束收集器和与所述处理区处于热连通的冷却外壳两者。
5.一种用于照射材料的设备，所述设备包括：
电子束照射装置和输送系统；
其中所述输送系统包括被配置成在所述电子束照射装置下输送生物质材料的冷却的输送机槽，并且
其中所述输送机槽包括被配置成支撑和输送生物质材料的第一表面，和与所述第一表面热连通并且被配置成接触冷却系统的第二表面。
6.一种在电子束下输送材料的方法，所述方法包括：
使生物质材料暴露于具有扫描盒的电子束，同时在在平行于输送的方向和垂直于所述电子束的所述扫描盒的方向上振荡的振动式输送机上输送所述生物质材料。
7.一种在电子束下输送材料的方法，所述方法包括：
在振动式输送机上输送生物质材料时使所述生物质材料暴露于电子束，其中所述振动式输送机包括输送所述生物质的具有第一表面的振动式输送机槽，并且
在平行于输送的方向和垂直于所述电子束的所述扫描盒的方向上振荡所述振动式输送机。
8.一种在电子束下输送材料的方法，所述方法包括：
在输送机上输送生物质材料时使所述生物质材料暴露于电子束，并且
冷却所述输送机的表面。
9.一种在电子束下输送材料的方法，所述方法包括：
在输送机上输送生物质材料时使所述生物质材料暴露于电子束，其中所述输送机是振动式输送机，其中所述电子撞击在所述振动式输送机的处理区上，并且其中所述处理区包括与所述处理区处于热连通的射束收集器。
10.一种用于照射材料的设备，所述设备包括：
电子束照射装置；和
振动式输送系统，其中所述振动式输送系统包括振动式输送机并且电子撞击在所述振动式输送机的处理区上，并且其中所述处理区包括与所述处理区处于热连通的射束收集器。
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