CN113396224A - 利用生物质的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物基材料的利用。特别地，本发明涉及利用谷物基原料的方法，其中所述方法还包括所述方法的侧流或副产物的多用途使用。所述方法产生用于燃烧的湿纤维饼，其中所述湿纤维饼提供优异的燃烧值、低排放值和低量的残余灰分。
Description
技术领域
本发明涉及生物基材料(更特别地，谷物基材料)的利用。特别地，本发明涉及利用谷物栽培副产物(更具体地，燕麦壳)的方法，其中所述方法还包括所述方法的侧流或副产物的多用途使用。在生物基材料水解之后，本发明的方法产生用于燃烧的湿纤维饼，其具有优异的燃烧值、低排放值和低量的残余灰分。
背景技术
不同的生物质已被鉴定为用于提取和利用各种碳水化合物产物(包括D-木糖)的良好来源。虽然碳水化合物(包括蔗糖和D-木糖)的提取和纯化通常在技术上是可行的，但是由于处理衍生自这样的方法的各种固体和液体副产物部分的困难以及与这样的方法相关的高CAPEX (资本支出)需求，这样的方法的商业实施通常被认为是商业上不可行的。
从甜菜和甘蔗商业生产蔗糖高度依赖于将副产物流用于其它应用，包括动物饲料、乙醇生产以及燃烧残余固体部分用于可再生能源。在来自生物质的D-木糖的情况下，由于衍生自这样的方法的副产物的性质，以及在提取碳水化合物用于有效和商业上可行的燃烧方法之后难以生产足够好的固体生物质副产物部分，该方法不是不证自明的。
过去已经研究了使用谷物栽培副产物(例如燕麦壳)用于碳水化合物生产，但是由于上述困难，商业实施迄今还不可行，所述困难还包括来自这样的方法的大量固体生物质副产物的物流处理，其对于收集、处理和燃烧用于能量是具有挑战性的。
若干发电厂通过燃烧各种生物质废料来生产能量(蒸汽、电力和热)。然而，在从生物质生产各种碳水化合物的情况下，提取碳水化合物后的固体生物质部分的性质阻碍了实现具有低杂质排放的有效且商业上可行的燃烧方法。例如，固体生物质部分中的水分、盐和糖的含量是影响燃烧锅炉的运行的参数。
US 4,612,286公开了由生物质生产燃料醇的方法，其中该方法包括酸水解、发酵水解产物的戊糖和己糖以生产燃料醇，以及洗涤、脱水和燃烧生物质以为该方法生产能量。WO 2014/138535A1公开了用于从糖化的生物质材料浆料的液体中分离固体以生产有用产物(例如燃料)的系统。WO 2015/081439A1涉及用于酶水解经预处理的木质纤维素原料的方法，其中水解步骤在聚合物存在下进行。
糖厂锅炉中甘蔗渣的湿燃烧已用于为该方法生产能量。根据一项研究，湿甘蔗渣包含约50%的水分(Abdalla等人，2018)，但燃烧结果指示，为了在湿甘蔗渣燃烧期间获得合理的蒸发系数，甘蔗渣应含有每单位质量甘蔗渣45-37%的水分范围。
CA 639458公开了亚硫酸盐废液的湿燃烧，其中离开反应器的燃烧气体被充分冷却以引起其中包含的蒸汽冷凝，并使用燃烧气体驱动燃气轮机。Miccio等人(2014)研究了湿生物质燃料(橄榄外壳)的流化床燃烧，并且发现含水量在60-70质量%之间的橄榄外壳可以在800-850℃之间的床温度范围内在流化床中燃烧。
然而，利用各种生物质原料生产碳水化合物的现有技术方法的问题是如何有效地利用该方法中产生的副产物和侧流。还需要新的木质纤维素原料生物质，其可以找到替代用途，而不是被认为是废料。此外，如果在生物质废料的燃烧中，特别是在湿燃烧方法中，可以实现较高的燃烧值和较低的排放，这将促进所述材料作为能源的使用。
因此，仍然需要利用生物基材料的方法，特别是需要用于生产各种碳水化合物产品的改进的方法，其有效地使用可再生资源并以经济和环境可持续的方式利用该方法的副产物和侧流。
发明内容
本发明由独立权利要求的特征限定。一些具体实施方案在从属权利要求中限定。
本发明基于利用生物基材料(特别是谷物栽培副产物，并且更特别是燕麦壳)的有效的总体方法概念的发现。所述方法由木质纤维素生物质生产富含碳水化合物(特别是D-木糖)的液体部分和通过燃烧用作能源的固体部分。本发明包括水解以获得水解产物，将其分离成液体部分和主要包含生物质的不溶性纤维的固体部分。将固体部分洗涤并任选地压制以获得低盐和低糖的湿纤维饼，将其回收并通过燃烧(特别是通过湿燃烧)用作能源。回收含碳水化合物的液体部分，并且可将其用于生产各种碳水化合物产品，例如D-木糖和木糖醇。
根据本发明的第一方面，因此提供了利用燕麦壳的方法，其中所述方法包括以下步骤：水解所述燕麦壳以获得水解产物；将所述水解产物分离成液体部分和固体部分；洗涤和任选地压制所述固体部分以获得DS含量为40-90%的湿纤维饼；回收所述液体部分以获得含碳水化合物的液体部分；回收所述湿纤维饼并通过燃烧将其用作能源。
本发明的另一个目的是低盐和低糖的湿纤维饼，其DS含量为40-90%，特别是40-85%、40-60%、40-50%、50-85%、50-70%、60-70%或约60-65%，其中所述湿纤维饼由燕麦壳的水解获得，并且含有一定量的盐，基于干重，所述盐比所述起始材料的盐少至少20%。
本发明的另一个目的是低盐和低糖的湿纤维饼，其可通过本发明的方法获得。
本发明获得了相当多的优点。首先，本发明的方法提供了否则丢弃或仅部分利用的生物质材料(即燕麦壳)的用途。本发明还提供了利用燕麦壳的有效的工业方法，该方法可以提供各种碳水化合物产品，同时还利用了该方法中产生的侧流。
特别地，本发明提供了具有高燃料值和清洁性质的可以直接用于燃烧的能源，如将在详细描述中更详细地解释的。与未根据本发明加工的相同起始材料的燃烧相比，通过本发明的方法获得的湿纤维饼的燃烧提供了更低的排放和更低量的残余灰分。
当燕麦壳用作原料以生产富含碳水化合物的液体提取物时，例如通过过滤分离残余的未溶解的饼，并洗涤以得到具有最低40%干燥固体和低矿物质含量的固体纤维饼，其可以原样燃烧或与其它生物基材料的干燥部分混合。
本技术的进一步的特征和优点将从一些实施方案的以下描述中显而易见。
具体实施方式
定义
在本发明的上下文中，术语“谷物栽培副产物”和“谷物残余物”包含来自谷物及其部分的加工的副产物。因此，该术语包含例如燕麦、大麦、小麦、黑麦及其部分，例如玉米穗轴、外壳、壳、叶或稻草，特别是外壳、壳或稻草，特别是燕麦壳、小麦壳和黑麦壳，更特别是燕麦壳。
术语“燕麦壳”或“燕麦外壳”是指燕麦谷物(燕麦(Avena sativa L.))的外壳。燕麦壳是燕麦加工的副产物，通常通过在研磨之前将壳与谷粒机械分离而获得。例如，通过使用转鼓，随后空气抽吸以从碾去壳的燕麦(即可食用的无壳谷物)分离壳部分，可以实现壳和谷粒的机械分离。在本方法中，燕麦壳可以原样使用或以磨碎或研磨的形式使用。
在本公开内，术语“低盐”是指这样的产品，其中基于干重，盐的量比起始生物基材料中所述组分的量低至少20%，优选至少30%。
“盐”是在水中离解的离子化合物。这些盐可以包括有机盐和无机盐两者。
术语“低糖”中的“糖”是指可溶性碳水化合物，特别是单糖和二糖，包括葡萄糖、果糖、木糖、木二糖、蔗糖、半乳糖、阿拉伯糖和海藻糖。
在本公开内，提及“基本不含半纤维素”的物质或组合物是指基于干重，所述物质或组合物含有不超过5%，优选不超过4%、3%、2%或1%的半纤维素。
已经发现，利用生物质和生产各种碳水化合物产品(包括D-木糖和任选的木糖醇)的有效的总体方法概念可以基于谷物材料，特别是谷物的部分，例如谷物壳、外壳或稻草，更特别是燕麦壳。本发明的方法至少包括以下步骤：水解生物质；将所述水解产物分离成固体部分和液体部分；洗涤和任选地压制所述固体部分以获得低盐的湿纤维饼；回收所述含碳水化合物的液体部分，并任选地将其送去生产碳水化合物；回收所述湿纤维饼并通过燃烧将其用作能源。
在一个实施方案中，本发明涉及生产用于燃烧的湿纤维饼的方法，其中所述方法包括从燕麦壳开始的上述步骤。
在优选的实施方案中，所述方法包括至少一个压制步骤。
在实施方案中，木质纤维素生物质包含谷物部分，特别是谷物壳，例如燕麦、大麦、小麦或黑麦壳，特别是燕麦壳。
传统上，燕麦主要用于动物饲料制造。然而，由于其健康促进性质，其越来越多地用于人类消费。燕麦的典型特征是谷粒被壳包围，壳必须在谷粒进入研磨步骤之前机械分离。谷物收获物的约25-30%是壳。燕麦壳富含不溶性纤维，并且含有其干重的30-35%的纤维素和半纤维素两者。燕麦壳半纤维素是非常丰富的D-木糖来源(70-80%)，具有高D-木糖/L-阿拉伯糖比率(8-12)。壳的典型的干物质含量是90%。燕麦壳含有非常少(<5%)的淀粉和蛋白质两者，并因此发现壳的有价值应用是重要的。
据称燕麦壳的木质素含量在DS的2-10%之间变化(Welch等1983)，与例如树木生物质相比，其非常低，并且仅约10%是酸溶性的。木质素燃烧能量值高，并且如果存在于液体中，则会干扰加工。因此，在生产用于不同应用的富含糖的液体和作为用于能量生产的侧流的固体纤维材料中，在固体纤维侧流中具有尽可能多的木质素是有利的。燕麦壳的典型灰分含量是4%的DS。
生物质的水解
进行生物质材料(即燕麦壳)的水解，以从木质纤维素材料中产生游离的糖，特别是D-木糖。燕麦壳含有木聚糖聚合物形式的D-木糖，其在水解中被分解以从所述材料中释放和提取D-木糖。在本发明的一个实施方案中，优化水解条件以使D-木糖产率最大化。
通常，用酸进行水解。然而，也可以首先用水(优选加压热水)提取生物质，随后酶水解溶解的寡糖和多糖，包括包含D-木糖的那些。水解也可以通过蒸汽爆炸通过采用高压水性水解来进行。
用于酸水解的酸可以选自能够催化半纤维素转化为相应的糖的酸。这样的酸包括但不限于硫酸、盐酸、硝酸和磷酸。通常使用硫酸。亚硫酸盐蒸煮也用作工业规模水解生物质的手段。
水解期间酸的浓度可以根据条件和谷物基材料而变化。通常，当谷物材料装载净重为反应物质的20%时，按反应物质的重量计至少0.2%，更优选至少0.5%至约1%的硫酸浓度对于谷物基材料(例如燕麦壳)是足够的。
通常，酸水解在100℃至160℃的温度下，例如在约140℃下，在3-4巴，例如约3.6巴的压力下进行。在所述温度和压力条件下水解谷物基材料所需的反应时间通常为约30-180分钟，优选约60-90分钟。
在酸水解后，用碱(例如NaOH)将反应物质的pH调节至pH为约1-7，通常约pH 3-5。如果需要，可以重复pH调节步骤。水解产物是浆料形式，其中部分谷物基材料已溶解到液相中，液相通常含有糖、盐、有机酸和木质素。固相包含来自谷物基材料的固体纤维，例如纤维素和酸不溶性木质素。
当谷物材料包含燕麦壳或是燕麦壳时，液相通常含有D-木糖、其它糖、盐、有机酸和木质素。在实施方案中，当起始材料是燕麦壳时，约25-40%、约30-35%的壳物质在液相中，而约60-75%(例如约65%)是固体纤维。
分离和预处理
水解后，从水解产物浆料中分离并回收固体纤维以获得湿纤维饼。回收液体部分并送至任选的D-木糖和其它碳水化合物的纯化和回收过程。
将水解产物分离成液体部分和固体部分可以通过任何合适的分离技术来实现，例如通过过滤、离心或将水解产物压制成液体部分和固体纤维部分，例如通过压力或真空过滤器。将固体部分与液体部分分离的另一种方法是采用水力旋流器。本发明的方法可以包括一个或多个分离步骤。在几个分离步骤的情况下，可以使用不同的分离技术或它们的组合。
通常，过滤经pH调节的水解产物以分离固体和液体，例如通过压力过滤器。过滤可以包括一个或几个过滤步骤，例如初级过滤步骤，并且如果需要，还可以包括第二过滤步骤(精细过滤步骤)。在实施方案中，第一过滤步骤可以去除甚至99%的固体，将其回收。如果需要，可以将所需的滤液浓缩至合适的干燥固体含量，例如通过蒸发。
在第一过滤后，含碳水化合物的液体部分通常仍含有少量的固体。根据随后的用途，液体部分可以原样使用或经历第二过滤。第二过滤的目的是从含D-木糖的液体中去除几乎所有剩余的固体。
根据实施方案，本发明的方法因此包括至少一个过滤步骤，优选第一过滤步骤，其将水解产物的至少80%的固体分离为固体部分并提供富含碳水化合物的液体部分，和第二过滤步骤，其中从富含碳水化合物的液体部分中去除基本上所有剩余的固体，特别地超过99%的总固体。
本发明的方法包括至少一个洗涤步骤以获得低盐的湿纤维饼。所述洗涤步骤可以包括在将水解产物分离成固体部分和液体部分的步骤中，或者包括在随后的方法步骤中。当通过过滤进行分离时，优选洗涤步骤包括在过滤步骤中。在两个过滤步骤的情况下，优选洗涤步骤包括在后一个洗涤步骤中。
洗涤步骤还可以包括在两个分离步骤之间或在分离步骤和分离/压制步骤之间。
来自水解的固体部分的利用
分离的固体部分(即固体纤维饼)含有燕麦壳的大部分(如果不是全部)纤维素。然而，其基本上不含半纤维素。水解的该固体部分可以通过直接燃烧或通过将其用于例如生物燃料(例如生物乙醇)的生产而转化为能量。已经令人惊讶地发现，固体部分(特别是来自燕麦壳水解的低盐和低糖的高DS湿纤维饼)提供具有高燃烧值和优异的清洁性质的能源。
利用固体部分的其它选择包括例如其用作可生物降解的包装材料的原料、用作粘合材料、用于乙醇生产、用作人类和动物食物/饲料的纤维源或用作蘑菇栽培的基质。
湿纤维饼的燃烧
将主要含有不溶性纤维的固体部分用水洗涤以去除至少部分剩余的盐、糖和矿物质，并任选地压制以获得干燥固体含量为40-90%的低盐的湿纤维饼。如上所述，洗涤优选包括在分离步骤中，优选包括在过滤步骤中。在实施方案中，湿纤维饼的DS含量为40-85%、40-60%、40-50%、50-85%、50-70%、60-70%或约60-65%。
在实施方案中，基于干物质，所得湿纤维饼含有比燕麦壳起始材料少至少20%，优选至少30%的盐。
在实施方案中，所得湿纤维饼基本上不含半纤维素，或基于干物质，含有不超过5%、4%、3%、2%或1%的半纤维素。
在进一步的实施方案中，基于干物质，所得湿纤维饼含有比燕麦壳起始材料少至少20%的盐，并且基本上不含半纤维素。
未干燥的高DS纤维饼具有良好的燃烧性质，并且可原样用于燃烧。它具有优异的燃烧值，这通过与未根据本方法加工的相应的生物质相比更高的总热量值和净热量值来显示。此外，通过本方法获得的湿纤维饼在燃烧时具有良好的清洁性质，即它提供低的杂质(例如NOx)排放和低量的残余灰分。总之，在本方法中获得的湿纤维饼通过提供更清洁的燃烧方法而改进燃烧效率，这也意味着更少的清洁停工和更长的清洁间隔。
在进一步的实施方案中，可以将干燥固体含量为40-70%的湿纤维饼与其它(废)材料(优选来自谷物加工的废料，例如谷物壳或稻草)的干燥部分混合。在包含来自燕麦壳水解的湿纤维饼和来自燕麦壳加工的干燥侧流颗粒的混合物中，该混合物优选干燥固体含量为70-80%。
在实施方案中，在燃烧之前，DS含量为40-70%的湿纤维饼因此与生物基材料的干燥部分(特别是与谷物的干燥壳或干燥细固体(灰尘)，例如来自谷物研磨，特别是来自燕麦、小麦和黑麦研磨的干燥谷物壳)混合。
在另一个实施方案中，将高DS湿纤维饼与生物基材料的所述干燥部分混合，以获得高DS湿纤维饼和生物基材料的干燥部分的混合物，其中混合物的DS含量为50-85%，优选70-80%。在燃烧之前，优选将高DS湿纤维饼与来自谷物研磨(例如燕麦、小麦和黑麦研磨)的干燥细固体混合。
使用高DS湿纤维饼(干燥固体40-70%)能够将其它废料混合到饼中以提供用于燃烧的良好混合物。结果是，意味着能量的燃料含量、固体和其它颗粒在燃烧过程中的加工是均匀的。也改进燃料处理和燃烧方法可控性。如果燃料需要运输、储存或用于燃烧技术，其中由于燃烧、运输或其它原因需要压制的形式，这也允许将混合燃料压缩成粒料或压块或其它类型的压缩形式。
具有降低含量的糖、盐和其它颗粒的高DS湿纤维饼将降低或去除灰分烧结的可能性，因此改进燃烧方法效率和可控性。来自通过本发明的方法获得的湿纤维饼的燃烧的灰分通常具有比来自农业生物质的燃烧的灰分更高的熔点。将湿纤维饼与其它残余物混合允许燃料在燃烧室中更好的燃烧/燃烧可控性，并且以此方式，可以更容易地控制整个燃烧过程的温度、颗粒、灰分和排放。这也将增加燃烧方法设备的寿命。
可以使用适用于固体燃料的任何燃烧技术燃烧未干燥的纤维饼，包括但不限于流化床燃烧(FBC)和炉排锅炉。通常，具有较大颗粒或粒度的材料可以在FBC锅炉和炉排锅炉两者中燃烧，而细的干燥固体(灰尘和粉末)通常仅在炉排锅炉中通过将它们吹入二次空气中而燃烧。此外，来自谷物加工的细的干燥固体材料(例如干燥的未加工的谷物壳)的处理和加工在任何燃烧技术中都是具有挑战性的。
然而，在本发明中，当来自谷物加工(特别是来自燕麦壳加工)的湿纤维饼在FBC锅炉或炉排锅炉中燃烧时，也可以将细的干燥固体包括在燃料流中。未干燥的纤维饼的水分结合细的干燥固体，因此防止它们漂浮在空气中并避免对发电厂的过滤器和锅炉的任何不利影响。此外，由于可漂浮的干燥细固体是爆炸性的并容易着火，其与未干燥的纤维饼的燃烧增加了工业安全性。
可以回收来自湿纤维饼的燃烧的残余灰分并用作例如肥料、建筑产品制造中的组分、饲料添加剂或例如碳化硅制造中的二氧化硅源。通常，通过本方法从燕麦壳获得的纤维饼的燃烧产生灰分，该灰分具有高纯度并可以原样用于上述应用中。
此外，由于本发明的方法，残余灰分的绝对量小于例如干燥壳粒料的燃烧，这产生比现有技术的方法更清洁的用于燃烧的纤维饼。
分离或不分离的液体部分的用途
来自燕麦壳水解的液体部分富含碳水化合物。它主要含有D-木糖以及其它糖、盐、有机酸和木质素。在一个或多个(通常两个)过滤步骤之后，可以将液体部分浓缩至所需的DS含量，并例如送至碳水化合物(例如D-木糖)的生产。
应当理解，所公开的本发明的实施方案不限于本文公开的特定结构、方法步骤或材料，而是扩展到其等效物，如相关领域的普通技术人员将认识到的。还应当理解，本文所用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而不是旨在限制。
在整个本说明书中对一个实施方案或实施方案的引用意味着结合该实施方案描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在整个本说明书中各处出现的短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”不一定全部指代同一实施方案。在使用例如约或基本上的术语来引用数值的情况下，也公开了精确的数值。
如本文所用，为了方便起见，多个项目、结构元件、组成元件和/或材料可以以共同的列表呈现。然而，这些列表应被解释为如同列表的每个成员被单独地确认为单独且独特的成员。因此，在没有相反指示的情况下，这样的列表中的任何单个成员都不应仅基于它们在共同组中的出现而被解释为相同列表中的任何其它成员的事实上的等同。此外，本发明的各种实施方案和实例可以与其各种部件的替代一起在本文中被引用。应当理解，这样的实施方案、实例和替代方案不应被解释为彼此的实际等同物，而应被认为是本发明的单独和自主的表示。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合在一个或多个实施方案中。在以下描述中，提供了许多具体细节，例如长度、宽度、形状等的实例，以提供对本发明的实施方案的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个特定细节的情况下，或者利用其它方法、组件、材料等来实践本发明。在其它情况下，未详细显示或描述公知的结构、材料或操作，以避免混淆本发明的各方面。
实验
实施例1
将来自研磨操作的燕麦壳悬浮在含有1%硫酸的水中。将液体在压力下加热至135℃并搅拌60分钟。在水解/提取后，将物质冷却至70℃，并通过加入NaOH中和至pH 4。pH调节后，过滤浆料，并且将滤饼用水洗涤，以获得高纯度的D-木糖液体。将固体滤饼压制成55%的干燥固体饼，将其燃烧以获得能量，并随后收集残余灰分用作矿物添加剂。
实施例2.来自燃烧实验的结果
将根据实施例1通过使用燕麦壳作为起始材料获得的湿纤维饼在实验室测试炉中在550℃的温度下燃烧。分析热值、排放和残余灰分的量。为了比较，从由干燥燕麦壳制成的粒料的燃烧进行相同的分析。结果示于表1。量基于干物质表示。
表1.来自燃烧测试的结果
| 燕麦壳粒料 | 燕麦壳纤维饼 | |
| 残余灰分，m-% | 5.6 | 4.5 |
| 硫，m-% | 0.08 | 0.08 |
| 总热量值，MJ/kg | 18.73 | 19.60 |
| 净热量值，MJ/kg | 17.43 | 18.36 |
| 净热量值，MWh/t | 4.84 | 5.1 |
| C，m-% | 46.7 | 48.7 |
| H，m-% | 6.0 | 5.7 |
| N，m-% | 0.83 | 0.59 |
| Cl，m-% | 0.075 | 0.005 |
| Na，mg/kg | 150 | 48 |
| K，mg/kg | 6000 | 96 |
结果显示，在燃烧通过本发明的方法获得的纤维饼之后，残余灰分的量少了约20%。特别值得注意的是，总热量值和净热量值显示对于通过本发明的方法生产的纤维饼增加的热值。
硫的量接近相同水平，考虑到在实施例1中用硫酸提取燕麦壳，这是一个好的结果。氮的量较少，同时氢大约在相同水平，并且碳含量稍高。与由相同起始材料制备的干燥粒料相比，通过本发明的方法获得的纤维饼还产生较低的Cl、Na和K量。
虽然前述实施例在一个或多个特定应用中说明本发明的原理，但是对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，可以在形式、使用和实施细节上进行许多修改，而无需运用创造性能力，并且不脱离本发明的原理和概念。因此，除了由下面阐述的权利要求书限制之外，不希望本发明受到限制。
动词“包含”和“包括”在本文档中用作开放性限制，既不排除也不需要存在也是未叙述的特征。除非另外明确说明，否则从属权利要求中所述的特征是可相互自由组合的。此外，应当理解，在整个文档中使用“一”或“一个”(即单数形式)不排除多个。
工业适用性
本发明的至少一些实施方案在利用生物质中找到工业应用，例如在由谷物生物质生产各种碳水化合物产品(包括D-木糖)中，其中特别地，该方法的副产物和侧流以经济和环境可持续的方式用于能量生产中。特别地，本发明的方法生产用于燃烧的湿纤维饼，其中所述湿纤维饼提供优异的燃烧值、低排放值和低量的残余灰分。
引用列表
专利文献
US 4,612,286
WO 2014/138535 A1
WO 2015/081439 A1
非专利文献
Abdalla等人, 2018, Performance of Wet and Dry Bagasse combustion inAssalaya Sugar Factory, Sudan Innov Ener Res 7:179。
Miccio等人, 2014, Fluidized Bed Combustion of Wet Biomass Fuel (OliveHusks), Chemical Engineering Transactions, 第37卷, 1-6。
Welch等人. 1983, The composition of oat husks and its variation dueto genetic and other factors. J. Sci. Food Agric. 第34卷, 417-426。
Claims (19)
1.利用燕麦壳的方法，包括以下步骤
-水解所述燕麦壳以获得水解产物；
-将所述水解产物分离成液体部分和固体部分；
-洗涤和任选地压制所述固体部分以获得DS (干燥固体)含量为40-90%的湿纤维饼；
-回收所述液体部分以获得含碳水化合物的液体部分；
-回收所述湿纤维饼并通过燃烧将其用作能源。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述湿纤维饼的DS含量为40-85%、40-60%、40-50%、50-85%、50-70%、60-70%或约60-65%。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述水解通过采用酸水解，优选通过使用硫酸，随后用合适的碱，优选氢氧化钠进行pH调节来进行。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在回收前用水洗涤所述湿纤维饼以获得低盐的湿纤维饼。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中基于干物质，所述湿纤维饼含有比所述燕麦壳起始材料少至少20%，优选至少30%的盐。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述湿纤维饼基本上不含半纤维素。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在燃烧之前将所述湿纤维饼与谷物的干燥壳或干燥细固体的干燥部分混合，例如来自谷物研磨，特别是来自燕麦、小麦和黑麦研磨的干燥谷物壳。
8.根据权利要求7所述的方法，其中将所述湿纤维饼与所述干燥部分混合以获得所述湿纤维饼和所述干燥部分的混合物，其中所述混合物的DS含量为50-85%，优选70-80%。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中在燃烧，特别是流化床燃烧，更特别是循环流化床燃烧之前，将所述湿纤维饼与来自谷物研磨，例如燕麦、小麦和黑麦研磨的干燥细固体混合。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述水解通过首先用水提取所述燕麦壳，优选用加压热水，随后酶水解来进行。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述水解产物分离成液体部分和固体部分包括至少一个过滤步骤，优选第一过滤步骤，其将所述水解产物的至少80%的固体分离成固体部分并提供富含碳水化合物的液体部分，和进一步优选的第二过滤步骤，其中从所述液体部分中去除基本上所有剩余的固体，特别地超过99%的总固体。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述水解产物分离成液体部分和固体部分包括至少一个过滤步骤，所述过滤步骤还包括洗涤所述固体部分以获得低盐和低糖的湿纤维饼。
13.根据权利要求1-13中任一项所述的方法，其中洗涤步骤包括在两个分离步骤之间或在分离步骤和压制步骤之间。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中回收来自所述湿纤维饼燃烧或来自所述湿纤维饼和谷物的干燥壳或干燥细固体的干燥部分的混合物燃烧的残余灰分，并将其用作肥料、用作建筑产品制造中的组分、用作饲料添加剂或用作二氧化硅源。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将来自燕麦壳水解的所述含碳水化合物的液体部分用于生产碳水化合物，例如D-木糖。
16.低盐和低糖的湿纤维饼，其DS含量为40-90%，特别是40-85%、40-60%、40-50%、50-85%、50-70%、60-70%或约60-65%，其中所述湿纤维饼衍生自燕麦壳的水解，并且含有一定量的盐，基于干重，所述盐比所述起始材料的盐少至少20%。
17.根据权利要求16所述的低盐和低糖的湿纤维饼，其基本上不含半纤维素，或者基于干重，含有不大于5%的半纤维素。
18.低盐和低糖的湿纤维饼，其可通过根据权利要求1-15中任一项所述的方法获得，其DS含量为40-90%，并且含有一定量的盐，基于干物质，所述盐比所述起始材料的盐少至少20%。
19.低盐和低糖的湿纤维饼，其可通过根据权利要求1-15中任一项所述的方法获得，其中所述湿纤维饼的DS含量为40-90%，并且基本上不含半纤维素。
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