CN115066486A - 包含刮擦器械的预处理设备 - Google Patents

Abstract

本公开内容总体上涉及用于木质纤维素类生物质的预处理的预处理设备(100)，包含沿着纵向中心线(102)延伸且具有用于接收生物质的上游入口(103)和用于排放生物质的下游出口(104)的反应器容器(101)。预处理设备(100)进一步包含刮擦器械(108)，该刮擦器械(108)配置成刮擦反应器容器(101)的内壁(111)并防止沉积物的形成和堆积。

Description

包含刮擦器械的预处理设备

技术领域

本公开内容总体上涉及用于木质纤维素类生物质的预处理的预处理设备，该预处理设备包含沿着纵向中心线延伸的反应器容器，而且，该反应器容器具有用于接收生物质的上游入口以及用于排放生物质的下游出口。预处理设备进一步包含刮擦器械。本公开内容还涉及用于处理木质纤维素类生物质的包含预处理设备的系统。

背景技术

来自林业的木质纤维素类残留物作为用于生产能够再生的化学品和燃料的原料是具有吸引力的，因为其是充裕、相对便宜的，且不用于食品。木质纤维素主要由木质素和两类多糖(纤维素和半纤维素)组成。多糖可水解成糖并借助于微生物(例如发面酵母酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae))转化为各种发酵产物(例如生物乙醇)。

纤维素的水解典型地在预处理工艺之前进行，其中半纤维素发生降解且使得纤维素越来越易于接近纤维素分解酶。在水解过程中，将所存在的纤维素部分地转化成葡萄糖。

在将生物质转化成发酵产物的过程中，预处理工艺被认为是更关键的部分之一，主要是因为其影响下游工艺并强烈地影响总体糖产率。存在多种预处理工艺，其中的许多依赖于升高的温度和压力，通常包括催化剂。

预处理工艺典型地在预处理设备(例如预处理反应器)中进行。这样的预处理反应器通常包含：用于接收待预处理的生物质的入口和用于排放经预处理的生物质的出口；以及，在其中进行预处理工艺的封闭容器。

可在预处理期间出现的一个问题是经溶解的、悬浮的或部分悬浮的生物质可沉积在反应器的内壁上。沉积物的形成可为生物质炭化以及糖和木质素燃烧的结果。这样的沉积物可逐渐地增多，并最终减少反应器容器的内部容积。这可导致反应器和预处理工艺的降低的效率，于是，其可能在降低的容量下运行、或发生停机，导致收入的损失和增高的生产成本。

因此，需要对方法进行改善以克服与在木质纤维素类生物质的预处理期间的沉积物形成有关的问题。特别地，需要提供这样的预处理系统，其运行稳定且可靠，并且，其允许执行稳定且经改善的预处理工艺。

发明内容

鉴于上述情况，本公开内容的目的是提供关于预处理系统的改善，特别是关于减少在反应器内的沉积物形成，和关于确保在反应器内的生物质的最佳流动。

根据本公开内容的第一方面，提供了用于木质纤维素类生物质的预处理的预处理设备，其包含沿着纵向中心线延伸的反应器容器，而且，该反应器容器具有用于接收生物质的上游入口以及用于排放生物质的下游出口；该反应器容器包含上部部分和下部部分，其中该设备进一步包含刮擦器械：该刮擦器械包含轴以及从轴延伸的至少两个刮擦刮板；其中刮擦器械配置成围绕纵向中心线旋转，其中刮擦刮板配置成遵循反应器容器的下部部分的至少一部分的内壁的轮廓而不接触该内壁且其中轴不延伸进入反应器容器的下部部分。

本发明的构思基于以下认识：刮擦器械确保生物质在立式反应器内的连续流动，同时刮擦掉在反应器容器的内壁上形成的沉积物。本公开内容的预处理设备确保反应器内部不存在沉积物的堆积，且因此反应器容器的全部内部容积均可用于木质纤维素类生物质的预处理。

刮擦器械适用于刮擦，但不搅拌或“搅动”生物质在反应器内的流动。刮擦器械包含轴以及自其延伸的至少两个刮擦刮板。刮擦刮板配置成遵循反应器容器的下部部分的至少一部分的内壁的轮廓而不接触该内壁。反应器容器的下部部分可对应于在运行期间反应器容器内的液体(或浆料)相。因此，在包含全部浆料的反应器容器部分中，实现了刮擦功能。

轴不延伸进入反应器容器的下部部分中的事实是有利的，因为否则轴能够形成用于在其上形成并堆积沉积物的表面。在生物质浆料水平(液位)下方的反应器部分中，刮擦器械是无轴的。

该上部部分具有对应于反应器容器的最大纵向延伸的10-50％的纵向延伸，而且，该下部部分具有对应于反应器容器的最大纵向延伸的50-90％的纵向延伸。

如所述的，反应器容器的上部部分对应于在运行期间布置在反应器容器内的生物质浆料水平上方的反应器容器部分。反应器容器的下部部分对应于在运行期间布置在反应器容器内的生物质浆料水平下方的反应器容器部分。

在实施方式中，刮擦器械配置成在反应器容器中提供基本上层流流动的生物质。

换句话说，生物质以基本连续的方式流过反应器容器，而不在反应器容器内产生任何显著的湍流或抵靠反应器容器的内壁的任何向上的材料流。因此，刮擦器械适用于刮擦壁，而不搅拌或混合在容器内流动的生物质。

在实施方式中，刮擦刮板配置成遵循反应器容器的基本上全部下部部分的内壁的轮廓而不接触该内壁。

刮擦器械(且特别是刮擦刮板)在纵向延伸中具有对应于反应器容器形状的形状。从而实现了在反应器容器中的在存在形成沉积物的风险的表面处(即，在浆料水平下方的内壁上以及在反应器的下部部分中)的经改善的刮擦。

在实施方式中，反应器容器的下部部分的至少一部分的侧壁朝着反应器容器的出口逐渐变细。

因此，实现了经预处理的生物质的经改善的排放，并且，防止生物质沉降在反应器容器的底部表面处。

刮擦刮板优选地布置成提供对反应器内壁的有效刮擦且不存在这些内壁变得被刮板损坏的风险。因此，应当在刮擦刮板和内壁之间提供小的间隙。

在实施方式中，刮擦刮板布置在离反应器容器的内壁的距离d1处，其中，该距离d1对应于反应器容器的内径的0.5-20％、优选2-10％。

在实施方式中，轴包含第一末端部分和第二末端部分，且其中所述至少两个刮擦刮板中的每一者均包含附接至该轴的第二末端部分的第一末端以及附接至刮板连接装置的第二末端，其中刮板连接装置布置成遵循反应器容器的底部表面的至少一部分的轮廓。

刮板连接装置用于连接和接合位于反应器容器的下部部分中的刮擦刮板，且可布置在反应器容器的出口的上方。

取决于反应器的尺寸和形状，刮擦刮板的数量可发生变化。

为了确保有效刮擦，刮擦器械可包含3-12个刮擦刮板、优选地3-8个刮擦刮板。

在实施方式中，刮擦刮板中的至少一者包含：外表面，该外表面面对反应器容器的下部部分的至少一部分的内壁；以及内表面，该内表面面对反应器容器的内部；以及至少一个刮板表面，该至少一个刮板表面以角度α2从内表面延伸至外表面。

刮板表面适用于接触和剥离在反应器容器的内壁上形成的沉积物材料。

优选地，刮板表面以20-70度、优选地30-60度的角度α2从内表面延伸至外表面。

这样，形成了相对锋利的刮板表面，该刮板表面适用于改善对反应器中形成的沉积物材料的刮擦。以更尖锐的角度α2延伸的刮板表面可有效地刮擦掉可能已经变得牢固地粘附到反应器容器的内壁的沉积物。当反应器容器在高温和高压下运行时，可例如由于生物质和糖变得被烧焦或燃烧而形成这样的牢固地粘附的沉积物。该构造也是有益的，因为刮擦刮板以平滑的方式遵循内壁的轮廓，防止生物质抵靠内壁的湍流流动。在本公开内容的预处理设备中，湍流流动(其典型地以反应器搅拌器或搅动器实现)是不合乎期望的。刮擦刮板的构造改善了抵靠内壁的以及在反应器容器内的生物质的层流流动。

在实施方式中，所述至少一个刮擦刮板的内表面的宽度w1对应于刮擦刮板的外表面的宽度w2的20-70％、优选地40-60％。

因此，外表面的宽度大于内表面的宽度，使得刮板表面朝着内表面逐渐变细，并提供旨在用于切断堆积在反应器壁处的任何沉积物材料的成角度或倾斜的表面。

在实施方式中，本公开内容的预处理设备适用于蒸汽爆破。

蒸汽爆破是用于木质纤维素类生物质的预处理的能量有效且成本有效的预处理方法。在蒸汽爆破期间，热蒸汽用于提高反应器中的压力并破坏木质纤维素类生物质的聚合物型组分之间的结合。此后，发生从升高的压力向大气压的减压，这导致木质纤维素生物质破碎成更小的粒度。

在很多预处理工艺中(例如在蒸汽爆破期间)，当生物质降解或部分降解时，释放出木质纤维素类材料中所含的气体和挥发性化合物。气体的释放也可能是在反应器中正在发生的化学反应的结果。这样的释放的气体可积累在反应器容器的上部部分中并导致反应器中的压力和温度的不合乎期望的波动。预处理工艺的稳定性可因此受到损害，这可促成在反应器内(且特别是在其内壁上)形成沉积物的问题。

因此，在实施方式中，预处理设备进一步包含配置成从反应器容器移除气体的气体阀。

在实施方式中，预处理设备包含布置在反应器容器的下游且与反应器容器流体连通的闸门容器，其中，闸门容器配置成排放从反应器容器的出口收取的生物质。

闸门容器确保了经预处理的生物质从反应器容器的经改善的排放，且对于涉及蒸汽爆破的预处理工艺是特别有利的。如果预处理涉及蒸汽爆破，则这样的工艺对所利用的装备提出了要求。在反应器内使用的高的温度和压力可导致在反应器内形成沉积物，且这样的沉积物可堆积在反应器壁上。闸门容器的提供允许生物质首先在反应容器中在用于预处理的最佳的条件(即，合适的时间、压力和温度)下进行处理，并且随后，可在闸门容器内(即，在反应器容器的外部)，使压力升高。当从闸门容器排放时，压力下降并导致材料分成更小的颗粒。因此，与大的压力变化相关的“苛刻”的工艺条件是与反应器容器分开进行的，并且，能够避免糖和生物质在反应器容器内的燃烧或炭化。因此，生物质的排放以受控且经改善的方式实施。

根据另一方面，提供了用于处理木质纤维素类生物质的系统，其包含：如前所述的预处理设备；以及水解单元，该水解单元布置成与预处理设备流体连通且布置于预处理设备的下游；以及，任选地，发酵单元，该发酵单元布置成与水解单元流体连通且布置于水解单元的下游。

当研究所附的权利要求书及以下的描述时，本公开内容的进一步特征和优点将变得明晰。本领域技术人员认识到，在不脱离本公开内容的范围的情况下，可将本公开内容的不同特征进行组合以创建不同于以下所描述的那些的实施方式。

附图说明

本公开内容的各个方面(包括其具体的特征和优点)将从以下详细描述和附图容易地理解，在所述附图中：

图1说明了根据本公开内容的示例性实施方式的预处理设备。

图2a说明了根据本公开内容的示例性实施方式的刮擦器械的透视图。

图2b说明了根据本公开内容的示例性实施方式的刮擦器械的侧视图。

图2c是图2b的刮擦器械的放大视图，其说明了刮板连接装置以及从该刮板连接装置延伸出的刮擦刮板。

图2d是根据本公开内容的刮擦器械的示例性实施方式的刮擦刮板的放大视图。

图3示意性地说明了根据本公开内容的用于处理木质纤维素类生物质的系统。

具体实施方式

下面将参照附图更全面地描述本发明。然而，本发明可以很多不同的形式来实现并且不应被解释为限于在此所阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式是为了向本领域技术人员彻底和完整且充分地传达本发明的范围。

图1说明了用于木质纤维素类生物质的预处理的预处理设备100，其包含：反应器容器101，该反应器容器101沿着纵向中心线102延伸且具有用于接收生物质的上游入口103和用于排放生物质的下游出口104；该反应器容器包含上部部分105和下部部分106，其中，该设备100进一步包含刮擦器械108：刮擦器械108包含轴109以及从轴109延伸的至少两个刮擦刮板110；其中刮擦器械108配置成围绕纵向中心线102旋转，且其中刮擦刮板110配置成遵循反应器容器101的下部部分106的至少一部分的内壁111的轮廓而不接触该内壁，而且，其中轴109不延伸进入反应器容器101的下部部分106中。

木质纤维素类生物质112借助于入口103进入反应器容器101。该入口布置在反应器容器的上部部分105中。在图1中，生物质112借助于柱塞式螺杆进料器113进料到反应器容器101中。柱塞式螺杆进料器113确保生物质的均匀流进入反应器容器101中。预处理设备不限于特定类型的入口或进料装置，而是可使用本领域技术人员已知的用于进料生物质的任何入口或装置。

木质纤维素类生物质可为，但不限于，硬木、软木、甘蔗渣、能源甘蔗、玉米秸秆、玉米芯、玉米纤维、水稻秸秆(straw from rice)、小麦、黑麦、以及其它作物残留物。

将刮擦刮板110布置成遵循反应器容器101的内壁111的轮廓而不与内壁111接触。在运行中，刮擦器械108以极为贴近反应器容器101的内壁111的方式围绕纵向中心线102旋转，以便防止生物质在内壁111上沉积并除去已经形成的沉积物。刮擦刮板110不应接触内壁111，而是被布置在离所述壁一定距离处，以便防止刮擦刮板110刮伤或损伤反应器容器101的内壁111。

将刮擦刮板110布置成从刮擦器械108的轴109延伸。轴可布置成部分地位于反应器容器101的外部，而且，如图1中所说明的，可布置成延伸到反应器容器101中。可选择地，轴可布置成完全地位于反应器容器的外部。然而，轴109不应布置在反应器容器101的浆料水平114下方的部分中，因为轴109然后可形成这样的另一表面，沉积物可在反应器容器101内在该另一表面上发生形成和堆积。相反地，轴109可配置成在反应器容器101的上部部分105中延伸至浆料水平上方。预处理工艺由此得以改善，因为可利用反应器容器101的全部容积，而且，该工艺不需要由于反应器容器101中的沉积物堆积而中断或停机。

反应器容器101的上部部分105具有对应于反应器容器101的最大纵向延伸的10-50％的纵向延伸，而且，该下部部分106具有对应于反应器容器101的最大纵向延伸的50-90％的纵向延伸。

反应器容器101的上部部分105对应于在运行期间布置在反应器容器101内的生物质浆料水平上方的反应器容器101的部分。

反应器容器101的下部部分106对应于在运行期间布置在反应器容器101内的生物质浆料水平下方的反应器容器101的部分。

换句话说，上部部分105和下部部分106之间的界面对应于在运行期间的最大生物质浆料水平。

在实施方式中，刮擦器械100配置成在反应器容器101中提供基本上层流流动的生物质。

因此，生物质以基本连续的方式以低的速率从反应器容器101的入口103向出口104流动。刮擦器械108的目的是刮擦掉、而非搅拌或“搅动”反应器内的生物质。如本文所用的，“基本上层流流动”是这样的流动，其主要是层流的且不导致反应器容器中的生物质的显著搅拌、剧烈混合或向上流动。基本上层流流动还可指代活塞式流动。

刮擦器械108可配置成以1-300rpm(例如1-150rpm)的速度围绕纵向中心线102旋转。然而，应当注意，旋转速度将取决于反应器的尺寸、待处理的生物质等而变化。如果反应器容器更大并且如果待预处理的生物质例如具有更高的粘度，则旋转速度自然地将会不同。

刮擦器械108可包含用于控制旋转速度的装置115。这样的装置115可包含适用于调节刮擦器械108的速度的发动机。

刮擦刮板110优选地配置成遵循反应器容器101的基本上整个下部部分106的内壁111的轮廓而不与内壁111接触。

因此，刮擦刮板110适用于刮擦具有最高的沉积物形成风险的表面。

反应器容器101不限于特定的形状或尺寸，而是可根据待实施的预处理和这样的预处理工艺的规模进行调整。预处理设备可用于大规模预处理工艺和小规模预处理工艺这两者中。

典型地，反应器容器101是如图1中所说明的立式反应器容器。

典型地，反应器容器101是圆柱形的且具有圆形或椭圆形的横截面。

在实施方式中，反应器容器101相对于纵向中心线102具有旋转对称性。

在实施方式中，反应器容器101由底部表面116和顶部表面117以及在底部表面116和顶部表面117之间延伸的侧壁118限定。

下部部分106的至少一部分的侧壁118可朝着反应器容器101的出口104逐渐变细。

换句话说，侧壁118朝着反应器容器101的底部表面116逐渐变细。

这是为了促进和改善经预处理的生物质119从反应器容器101的出口104的排放。

在实施方式中，刮擦刮板布置在离反应器容器101的内壁111的距离d1处，其中，距离d1对应于反应器容器101的内径的0.3-20％、0.5-20％、1-20％、或优选地2-10％。

该距离d1形成了位于刮擦刮板110的最外表面与反应器容器101的内壁111之间的间隙。这是为了确保内壁111上所形成的沉积物被刮擦掉并且确保刮擦刮板不损伤或刮擦反应器容器101的内壁111。

举例而言，如果反应器容器101具有200-800mm的内径，则刮擦刮板110的最外表面与反应器容器101的内壁111之间的距离d1可例如为1-30mm，例如5-13mm。如已经提及的，距离d1将取决于反应器容器101的尺寸。

图2a和2b说明了用于本公开内容的预处理设备中的刮擦器械208的示例性实施方式。如图2a和2b中所说明的，轴209包含第一末端部分229和第二末端部分230，且其中所述至少两个刮擦刮板210中的每一者均包含附接至轴209的第二末端部分230的第一末端231和附接至刮板连接装置233的第二末端232，其中刮板连接装置233布置成遵循反应器容器的底部表面的至少一部分的轮廓。

轴209的第一末端部分229可部分地布置在反应器容器的外部。轴209的第二部分230可部分地布置在反应器容器的内部(但不低于浆料水平)。

刮板连接装置233布置在反应器容器的下部部分中。刮板连接装置233可为板、盘、环或轴承，其用于连接和接合位于反应器容器的下部部分中的刮擦刮板210的第二末端232。刮板连接装置233可具有任何形状和尺寸。在实施方式中，刮板连接装置233是圆形的。

图2c说明了刮板连接装置233，其具有圆形底板和从底板233延伸的刮擦刮板210的形式。在实施方式中，刮擦刮板210之间的角度α1为60°-120°。刮擦刮板210之间的角度α1取决于刮擦刮板210的数量，而且，刮擦刮板210之间的角度α1相同是可能的，但不是必须的。在图2c中，刮擦刮板210之间的角度α1是相同的，即，120°。从运行以及生产的角度来看，刮擦刮板210的布置中的圆周对称可为有益的。

图2a-c中所说明的刮擦器械208包含三个刮擦刮板210。然而，应当注意，刮擦器械208决不限于特定数量的刮擦刮板210。刮擦刮板210的数量取决于刮板210的尺寸和反应器容器的尺寸。为了实现足够的刮擦功能，必需至少两个刮擦刮板210。刮擦刮板210的数量不应太大，因为刮擦刮板可然后形成额外的表面，生物质沉积物可在反应器容器中沉降在该额外的表面上。

在实施方式中，刮擦器械208包含2-12个刮擦刮板，例如3-12个刮擦刮板，优选地3-8个刮擦刮板。

这有益于实现对反应器内壁的经改善的刮擦并防止沉积物在该壁和刮擦器械上的堆积。从生产的角度来看，这也是有益的。

如在图2d中最佳地说明的，刮擦刮板210中的至少一者包含：外表面234，该外表面234配置成面对并遵循反应器容器的至少下部部分的内壁的轮廓；以及内表面235，该内表面235配置成面对反应器容器的内部；以及至少一个刮板表面236，该至少一个刮板表面236以角度α2从内表面235延伸至外表面234。

为了能够进行经改善的刮擦并且为了防止反应器容器的内壁附近的湍流流动，刮板表面236可以20-70度、优选地30-60度的角度α2从内表面235延伸至外表面234。

因此，刮板表面236提供了锋利的刀表面，其可有效地刮擦掉可能已经变得粘附至内壁或即将得以粘附在内壁上的生物质。该构造也是有益的，因为刮擦刮板210以平滑的方式遵循内壁的轮廓，防止生物质抵靠内壁的湍流流动。在本公开内容的预处理设备中，湍流流动(其典型地以反应器搅拌器或搅动器实现)是不合乎期望的。刮擦刮板的构造确保了抵靠内壁的以及在反应器容器内的生物质的基本上层流流动。

在实施方式中，至少一个刮擦刮板210的内表面235的宽度w1小于刮擦刮板210的外表面234的宽度w2。换句话说，刮板表面236朝着内表面逐渐变细。

举例而言，内表面235的宽度w1可对应于刮擦刮板210的外表面234的宽度w2的20-70％、优选地40-60％。

宽度w1和w2取决于反应器容器的尺寸，并且，如果反应器容器是用于小规模预处理工艺的小型反应器或者如果其是用于大规模生产的大型反应器，则宽度w1和w2可显著地变化。

作为说明性但非限制性的示例，对于具有约200mm直径的反应器容器，外表面234的宽度w2可为10-60mm，例如30-40mm。内表面235的宽度w1可例如为4-42mm，例如12-22mm。

刮擦刮板210的外表面234可以是总体上平坦或曲线的。该表面配置成面对反应器容器的内壁。在刮擦刮板210会接触反应器壁的情况中，该总体上平坦或曲线的表面降低了切削或刮擦反应器壁的风险。

本公开内容的预处理设备不限于特定类型的预处理工艺，而是可以使用任何用于预处理生物质和使生物质更易受水解酶影响的工艺。

在实施方式中，本公开内容的预处理设备适用于蒸汽爆破。蒸汽爆破可以是非催化的或酸催化的。

在蒸汽爆破期间，热蒸汽用于提高反应器中的压力并破坏木质纤维素类生物质的聚合物型组分之间的结合。此后，发生从升高的压力向大气压的减压，这导致木质纤维素生物质破碎成更小的粒度。聚合物型材料之间的结合在蒸汽爆破期间的破坏可通过以下进行催化：热水本身；在半纤维素的降解期间释放出的组分(例如乙酸)；或者，液体或气态形式的酸(例如二氧化硫或硫酸)的加入。

在图1中，将蒸汽向反应器容器101中的加入记为107。

参考图1，预处理设备100可进一步包含配置成从反应器容器101移除气体的气体阀120。气体阀120优选地具有能够调节的开口构造。气体阀120可附接至反应器容器101或借助于管路(其在图1中示出)连接至反应器容器101。

反应器容器101可进一步包含用于测量反应器容器101中的预处理的若干工艺参数的测量装置121。这样的工艺参数至少包括温度参数和压力参数。

预处理设备100可进一步包含气体流量控制装置122，该气体流量控制装置122配置成响应于所测得的工艺参数来调节气体从气体阀120的流出。这样，实现了气体从反应器容器101的受控流出。因此，实现了更为受控的预处理。温度和压力已被确定为关键参数，它们一起足以实现稳定的预处理条件，这意味着有效的预处理和减少沉积物在反应器内壁上的形成。

优选地，在整个预处理反应中，监测压力和温度之间的关系，并且，当温度(或压力)偏离合乎期望(优选基本恒定)的压力-温度关系时，这典型地表明气体(例如惰性气体)已经开始在反应器容器101内积累。然后，可借助于气体阀120从反应器容器101除去这样的气体。可响应于温度或压力的偏差来调节和调整气体从气体阀120的流出。

在实施方式中，将气体流量控制装置122配置成响应于温度和压力之间的关系(例如，表示为温度和压力之间的比率)来调节气体从气体阀120的流出，以便实现从反应器容器出来的气体的受控流动。

此外，气体流量控制装置122可配置成确定温度参数和压力参数之间的比率并响应于所确定的比率来调节气体从气体阀120的流出。如果所确定的比率偏离用于预处理的预定参比比率区间，则气体流量控制装置122可配置成调节气体从气体阀120的流出。

通过响应于温度和压力之间的关系来调节气体从气体阀120的流出，温度和压力、或者温度和压力之间的比率可保持在预定的偏差区间内(基本上恒定，如果该区间比较窄的话)以用于进行特定的预处理。

这样的预处理设备将抵消或补偿在降解或部分降解期间由来自生物质的气体释放引起的反应器内的温度和压力之间的不平衡，并且，如果通过应用蒸汽或额外的催化剂(特别是气态催化剂)进行预处理，则这尤其成问题，导致在反应器中的过量的积累气体。

在实施方式中，预处理设备100包含流量计137，该流量计137配置成测量来自反应器容器101的气体的流出。流量计137可指示气体的流量过高或过低，并且，气体流量控制装置122可配置成响应于所测得的气体流出来调节气体阀120的打开。

在实施方式中，预处理设备100包含闸门容器123，该闸门容器123布置于反应器容器101的下游且布置成与反应器容器101流体连通，其中闸门容器123配置成排放从反应器容器101的出口104接收的生物质。对于控制经预处理的木质纤维素类材料119的排放以及对于改善反应器容器101内的工艺条件控制而言，闸门容器123是有利的。

闸门容器123可包含：第一排放阀124；布置于第一排放阀124的下游的第二排放阀125；以及，布置于第一排放阀124和第二排放阀125之间的隔室126。闸门容器123可进一步包含装置127，该装置127用于提高闸门容器123的隔室126中的压力。用于提高压力的装置127可为适用于向隔室126供给气体(例如蒸汽)的管路，且可例如包含阀128以控制气体的供给。第一排放阀124和第二排放阀125配置成能够在打开和关闭位置之间操作。当隔室126中的压力升高时，两个排放阀(124和125)均处于关闭位置。

在反应器容器101的下游提供闸门容器123允许保持反应器容器101内的压力，同时，可显著地升高和降低闸门容器123中的压力。由生物质从闸门容器123的第二排放阀125的排放导致的压力降低改善了经预处理的生物质119向更小的颗粒的分裂。因此，闸门容器123可适用于蒸汽爆破。在反应器容器101的外部和下游实施蒸汽爆破是有益的，因为在反应器容器101内防止了由苛刻的预处理条件(高压和高温)导致的潜在的沉积物。通过提高闸门容器123内的压力，在从第二排放阀125排放生物质时获得了更高的压力降。结果，与如果实施从反应器容器101的直接排放相比，经处理的生物质将被分成更小的碎片。

参考图3，本公开内容进一步提供了用于处理木质纤维素类生物质的系统300，其包含：根据本公开内容的第一方面的用于预处理木质纤维素类生物质的预处理设备301；水解单元302，该水解单元302布置于预处理设备301的下游且布置成与预处理设备301流体连通；以及，任选地，发酵单元303(例如发酵容器)，其布置于水解单元302的下游且布置成与水解单元302流体连通。系统300可包含本领域技术人员已知的额外的单元和组件。举例而言，可将分离单元布置在预处理设备301和水解单元302之间，和/或，在水解单元302和发酵单元303之间。

在水解单元中，借助于糖化酶，使经预处理的生物质经历酶法水解。水解产物向目标化学品的发酵典型地借助于发酵生物体(例如细菌和/或酵母)来进行。系统300还可包含布置在发酵单元303的下游且与发酵单元303流体连通的产物收取单元(例如蒸馏或离子交换色谱)。

尽管已经参考本公开内容的具体示例性实施方式对其进行了描述，但是，对于本领域技术人员来说，许多不同的改变、修改等将变得明晰。

经由对附图、本公开内容和所附权利要求书的研究，在实践本公开内容时，本领域技术人员能够理解和实现对所公开的实施方式的变型。此外，在权利要求书中，措辞“包括(包含)”不排除其它的要素或步骤，而且，不定冠词“一”或“一个(种)”不排除多个(种)。

Claims (14)

1.用于木质纤维素类生物质的预处理的预处理设备(100)，包含沿着纵向中心线(102)延伸且具有用于接收生物质的上游入口(103)和用于排放生物质的下游出口(104)的反应器容器(101)；所述反应器容器(101)包含上部部分(105)和下部部分(106)，其中所述上部部分(105)具有对应于所述反应器容器(101)的最大纵向延伸的10-50％的纵向延伸且所述下部部分(106)具有对应于所述反应器容器(101)的最大纵向延伸的50-90％的纵向延伸，其中所述预处理设备(100)进一步包含刮擦器械(108、208)；所述刮擦器械(108、208)包含轴(109、209)以及从所述轴(109、209)延伸的至少两个刮擦刮板(110、210)；其中所述刮擦器械(108、208)配置成围绕所述纵向中心线(102)旋转，特征在于所述刮擦刮板(110、210)配置成遵循所述反应器容器(101)的所述下部部分的至少一部分的内壁(111)的轮廓而不接触该内壁(111)且特征在于所述轴(109、209)不延伸进入所述反应器容器(101)的所述下部部分(106)中。

2.根据权利要求1的预处理设备(100)，其中所述刮擦器械(108)配置成在所述反应器容器(101)中提供基本上层流流动的生物质。

3.根据前述权利要求中任一项的预处理设备(100)，其中所述刮擦刮板(110、210)配置成遵循所述反应器容器(101)的基本上全部下部部分(106)的内壁(111)的轮廓而不接触该内壁(111)。

4.根据前述权利要求中任一项的预处理设备(100)，其中所述反应器容器(101)的所述下部部分(106)的至少一部分的侧壁(118)朝着所述反应器容器(101)的出口(104)逐渐变细。

5.根据前述权利要求中任一项的预处理设备(100)，其中所述刮擦刮板(110、210)布置在离所述反应器容器(101)的所述内壁(111)的距离d1处，其中所述距离d1对应于所述反应器容器(101)的直径的0.5-20％、优选2-10％。

6.根据前述权利要求中任一项的预处理设备(100)，其中所述轴(109、209)包含第一末端部分(229)和第二末端部分(230)，且其中所述至少两个刮擦刮板(110、210)中的每一者均包含附接至所述轴(109、209)的所述第二末端部分(230)的第一末端(231)和附接至刮板连接装置(233)的第二末端(232)，其中所述刮板连接装置(233)布置成遵循所述反应器容器(101)的底部表面(116)的至少一部分的轮廓，而不与所述反应器容器(101)的底部表面(116)的至少一部分接触。

7.根据前述权利要求中任一项的预处理设备(100)，其中所述刮擦器械(108)包含3-12个刮擦刮板(110、210)、优选地3-8个刮擦刮板(110、210)。

8.根据前述权利要求中任一项的预处理设备(100)，其中所述刮擦刮板(110、210)中的至少一者包含：外表面(234)，该外表面(234)配置成面对且遵循所述反应器容器(101)的所述下部部分(106)的至少一部分的内壁(111)的轮廓；以及内表面(235)，该内表面(235)配置成面对所述反应器容器(101)的内部；以及至少一个刮板表面(236)，该至少一个刮板表面(236)以角度α2从所述内表面(235)延伸至所述外表面(234)。

9.根据权利要求8的预处理设备(100)，其中所述刮板表面(236)以20-70度、优选地30-60度的角度α2从所述内表面(235)延伸至所述外表面(234)。

10.根据权利要求8或9中任一项的预处理设备(100)，其中所述至少一个刮擦刮板(110、210)的内表面(235)的宽度w1对应于所述刮擦刮板(110、210)的所述外表面(234)的宽度w2的20-70％、优选地40-60％。

11.根据前述权利要求中任一项的预处理设备(100)，其中所述预处理设备适用于蒸汽爆破。

12.根据前述权利要求中任一项的预处理设备(100)，进一步包含配置成从所述反应器容器(101)移除气体的气体阀(120)。

13.根据前述权利要求中任一项的预处理设备(100)，其中所述预处理设备(100)包含闸门容器(123)，该闸门容器(123)布置于所述反应器容器(101)的下游且布置成与所述反应器容器(101)流体连通，其中所述闸门容器(123)配置成排放从所述反应器容器(101)的出口(104)接收的生物质。

14.用于处理木质纤维素类生物质的系统(300)，包含：根据权利要求1-13中任一项的预处理设备(301)；以及水解单元(302)，该水解单元(302)布置成与所述预处理设备(301)流体连通且布置于所述预处理设备(301)的下游；以及，任选地，发酵单元(303)，该发酵单元(303)布置成与所述水解单元(302)流体连通且布置于所述水解单元(302)的下游。

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