CN116723776A - 用于挤出机设备的注射器系统 - Google Patents

Abstract

挤出机和阀系统包括使用多个注射器的组件输送生物质流的导管，以提供用于预处理的水或其它流体和/或蒸汽。组件中的每个注射器都连接到挤出机中的相应端口。端口可定位在挤出机的离散位置处或更远，以传递用于加工生物质或其它材料的适当量的流体或蒸汽。

Description

用于挤出机设备的注射器系统

交叉引用

本申请要求于2020年10月2日提交的美国临时专利申请号63/087,077、于2021年2月6日提交的美国临时专利申请号63/146,608，以及于2021年2月25日提交的美国专利临时申请号63/153,740的权益，前述中的每一个以其整体通过引用并入本文。

背景技术

木质纤维素生物质的预处理是从这样的生物质中获得糖和木质素的必要步骤，目的是破坏木质纤维素的顽抗结构并促进酶水解剂进入碳水化合物。在过去几年研究的各种预处理技术中，挤出是一种很有前途的热机械预处理技术。它可以是连续的加工，高度通用，具有良好的混合和传热能力，并且能够在高固体负荷下操作。然而，它的设计仍需完善，才能释放其在生物质加工方面的潜力。例如，成吨生物质的连续分解不仅需要扩大挤出机的大小，而且需要增加大量液体和蒸汽的输入以维持所需的压力、温度和化学品。

在生物质加工中，挤出机可配置有螺杆，该螺杆被设计用于产生一个或多个反应区，并允许在预处理期间添加蒸汽以增加这些区中的压力和温度。然而，当挤出机的料桶直径或长度增加以用于商业用途时，需要额外的蒸汽输入以维持料桶中的高压和高温来处理材料。如果在加工的材料上施加的压力太小或达到的温度太低，则最终产品可能未煮透，并且损失优选产品的产量。在加工过程中的不同时间，也可能需要其它液体，例如水、酸或碱。考虑到通过商业上可行的挤出系统发送的生物质材料的体积和速度，传统的注射器的组件变得不合适，并且容易堵塞或反吹。

过去已使用各种方法来实现和维持适当的压力水平，控制挤出机料桶内的加工和液体。例如，已知沿着挤出机螺杆的长度安装一个或多个剪切锁定装置。然而，这些装置是不可调节的。过去还提出了可变限制装置，以允许流动限制的变化。例如，美国专利号4,136,968描述了一种特别适用于双螺杆挤出机的限流装置，但它不能用于其它类型的挤出机，并且在其所能产生的限制程度上受到限制。

因此，在本领域中需要改进的挤出机注射器的组件，其可以在高输出生物质挤出机系统上有效地操作，而没有传统系统的设计和堵塞问题。

发明内容

本文提供了一种用于将一种或多种添加剂引入材料中的系统，该系统包括：注射器的组件，其中注射器包括直径范围为2至6mm的内孔；用于控制注射器的组件中的物质流的歧管；结合到所述歧管中用于每个注射器的阀，以独立地控制注射器中的物质流；和添加剂的供应源。在一些实施方式中，添加剂是液体或蒸汽。在一些实施方式中，添加剂是水。在一些实施方式中，添加剂是酸。在一些实施方式中，添加剂是蒸汽，并且其中蒸汽处于约80-600psi的压力下。在一些实施方式中，添加剂是蒸汽，并且其中蒸汽处于约150psi的压力下。在一些实施方式中，添加剂是蒸汽，并且其中蒸汽处于约200psi的压力下。在一些实施方式中，添加剂是蒸汽，并且其中蒸汽处于约250psi的压力下。在一些实施方式中，添加剂是蒸汽，并且其中蒸汽处于约300psi的压力下。

在一些实施方式中，材料包括生物质。在一些实施方式中，材料包括生物质，并且其中材料在导管内。在一些实施方式中，导管包括挤出机。在一些实施方式中，导管还包括排放阀。在一些实施方式中，注射器的内孔具有约2mm的直径。在一些实施方式中，注射器的内孔具有约2.5mm的直径。在一些实施方式中，注射器的内孔具有约3mm的直径。在一些实施方式中，注射器的内孔具有约3.5mm的直径。在一些实施方式中，注射器的内孔具有约4mm的直径。在一些实施方式中，注射器的内孔具有约4.5mm的直径。在一些实施方式中，注射器的内孔具有约5mm的直径。在一些实施方式中，注射器的内孔具有约5.5mm的直径。在一些实施方式中，注射器的内孔具有约6mm的直径。

在一些实施方式中，注射器的组件包括2个或更多个注射器。在一些实施方式中，注射器的组件包括4个或更多个注射器。在一些实施方式中，注射器的组件包括6个或更多个注射器。在一些实施方式中，注射器的组件包括8个或更多个注射器。在一些实施方式中，注射器的组件包括10个或更多个注射器。在一些实施方式中，注射器的组件包括12个或更多个注射器。在一些实施方式中，注射器的组件包括14个或更多个注射器。在一些实施方式中，注射器的组件包括16个或更多个注射器。在一些实施方式中，材料由反应区内的生物质组成。

本文提供了一种将液体或蒸汽注入挤出机料桶或阀体的方法，该方法包括：提供多个注射端口，其中注射端口穿透挤出机料桶的外壁或阀体的外壁；将注射器引入多个注射端口中；将蒸汽注入所述挤出机料桶或所述阀体中，以在所述挤出机料桶或所述阀体中维持150至800psi之间的压力；和将液体注入所述挤出机料桶或阀体。

本文提供了一种将液体和蒸汽注入挤出机料桶或阀体的方法，该方法包括：提供多个注射端口，其中注射端口穿透挤出机料桶或阀体；将注射器引入多个注射端口中；和将液体和蒸汽注入所述挤出机料桶或所述阀体中，以在所述挤出机料桶或所述阀体中维持150至800psi之间的压力。

在一些实施方式中，注射器包括直径在2-6mm之间的喷嘴孔。在一些实施方式中，注射器包括直径在2-4mm之间的喷嘴孔。在一些实施方式中，注射器包括直径在2-3mm之间的喷嘴孔。在一些实施方式中，注射器包括直径为约2mm的喷嘴孔。在一些实施方式中，用于每天预处理至少一干吨生物质，该方法还包括：以每天至少一干公吨(MT)生物质的速率将生物质馈送到包括料桶的挤出系统中，其中料桶包括内腔室，该内腔室包括供给区和反应区，其中挤出系统被构造和布置使得：通过在分隔供给区和反应区的高压区中压实生物质而形成蒸汽不可渗透的塞子，和具有6mm或更小的内部喷嘴孔直径的蒸汽注射器的组件向反应区提供压力和高温。

本文提供了一种挤出机系统，该系统包括一个或多个注射器的组件，其中注射器包括直径为6mm或更小的喷嘴孔。在一些实施方式中，注射器以150-800psi的压力向挤出机孔提供蒸汽。在一些实施方式中，注射器具有4mm或更小的内孔直径。在一些实施方式中，注射器具有2mm或更小的内孔直径。在一些实施方式中，挤出机系统包括至少2个注射器的组件、至少3个注射器的组件或至少4个注射器的组件。在一些实施方式中，注射器的内孔具有约2mm的直径。在一些实施方式中，注射器的内孔具有约2.5mm的直径。在一些实施方式中，注射器的内孔具有约3mm的直径。在一些实施方式中，注射器的内孔具有约3.5mm的直径。在一些实施方式中，注射器的内孔具有约4mm的直径。在一些实施方式中，注射器的内孔具有约4.5mm的直径。在一些实施方式中，注射器的内孔具有约5mm的直径。在一些实施方式中，注射器的内孔具有约5.5mm的直径。在一些实施方式中，注射器的内孔具有约6mm的直径。在一些实施方式中，一个或多个注射器的组件包括2个或更多个注射器。在一些实施方式中，一个或多个注射器的组件包括4个或更多个注射器。在一些实施方式中，一个或多个注射器的组件包括6个或更多个注射器。在一些实施方式中，一个或多个注射器的组件包括8个或更多个注射器。在一些实施方式中，一个或多个注射器的组件包括10个或更多个注射器。在一些实施方式中，一个或多个注射器的组件包括12个或更多个注射器。在一些实施方式中个，一个或多个注射器的组件包括14个或更多个注射器。在一些实施方式中，一个或多个注射器的组件包括16个或更多个注射器。

本文提供了一种挤出机系统，包括具有用于注射器喷嘴的组件的螺旋或同心端口的料桶部分。在一些实施方式中，料桶部分包括至少4个端口。在一些实施方式中，料桶部分包括至少6个端口。在一些实施方式中，料桶部分包括至少8个端口。在一些实施方式中，料桶部分包括至少10个端口。在一些实施方式中，料桶部分包括至少12个端口。在一些实施方式中，料桶部分包括至少14个端口。在一些实施方式中，料桶部分包括至少16个端口。在一些实施方式中，挤出机系统包括2个或更多个料桶部分。在一些实施方式中，料桶部分可与其它料桶部分互换。在一些实施方式中，螺旋或同心端口垂直于料桶部分。在一些实施方式中，注射器被预先设置为注射每干重材料30-50％的蒸汽。

本文提供了一种用于将一种或多种添加剂引入材料中的系统，该系统包括：具有直径范围为2至6mm的内孔的至少一个注射器的组件；用于控制所述组件中的物质流的歧管；结合到所述歧管中用于每个注射器的阀，以独立地控制注射器中的物质流；和至少一种添加剂的供应源。在一些实施方式中，添加剂是液体或蒸汽。在另一实施方式中，添加剂是水或酸。在其他实施方式中，添加剂是处于80-600psi的压力下的蒸汽。在其他实施方式中，添加剂是处于80-600psi的压力下的蒸汽。在其他实施方式中，添加剂是处于150psi的压力下的蒸汽。在其他实施方式中，添加剂是处于200psi的压力下的蒸汽。在其他实施方式中，添加剂是处于250psi的压力下的蒸汽。在一些实施方式中，添加剂是处于300psi的压力下的蒸汽。在一个实施方式中，材料由导管中的生物质组成。在另一实施方式中，导管是挤出机。在另一实施方式中，导管包括挤出机和排放阀。

本文还公开了上述系统，其中注射器的内孔具有2mm、或2.5mm、或3mm、或3.5mm、或4mm、或4.5mm、或5mm、或5.5mm、或6mm的直径。一些实施方式进一步包括由2个或更多个注射器、4个或更多个注射器、6个或更多个注射器、8个或更多个注射器、10个或更多个注射器、12个或更多个注射器、14个或更多个注射器、或甚至16个或更多个注射器组成的组件。在另一实施方式中，材料由反应区内的生物质组成。

本文还公开了将液体或蒸汽注入挤出机料桶或阀体的方法，该方法包括：具有穿透挤出机料桶的外壁或外阀壁到其孔的多个注射端口；包括进入注射端口的注射器；和将液体和蒸汽注入所述挤出机料桶或阀中，以在导管中维持150至800psi之间的压力；以及将液体注入所述挤出机料桶或阀。

在进一步实施方式中，公开了将液体和蒸汽注入挤出机料桶或阀体的方法，该方法包括：具有穿透挤出机料桶或阀体到其孔的多个注射端口；包括进入注射端口的注射器；和将液体和蒸汽注入所述挤出机料桶或阀中，以在所述区里面维持150至800psi之间的压力。

在一些实施方式中，注射器喷嘴孔直径在2-6mm之间。在一些实施方式中，注射器喷嘴孔直径在2-4mm之间。在其他实施方式中，注射器喷嘴孔直径在2-3mm之间。在另一实施方式中，注射器喷嘴孔直径为2mm。

还公开了用于每天预处理至少一干吨生物质的方法，该方法包括：以每天至少一干公吨(MT)生物质的速率将生物质馈送到包括料桶的挤出系统中，该料桶限定内腔室，该内腔室包括供给区和反应区，其中挤出系统被构造和布置使得：通过在分隔供给区和反应区的高压区中压实生物质而形成蒸汽不可渗透的塞子，和具有6mm或更小的内部喷嘴孔直径的至少一个蒸汽注射器的组件向反应区提供压力和高温。

还公开了一种挤出机系统，该挤出机系统具有一个或多个注射器的至少一个组件中，该一个或多个注射器具有直径为6mm或更小的内部喷嘴孔。在一些实施方式中，注射器以150-800psi的压力向挤出机孔提供蒸汽。在一些实施方式中，注射器具有4mm或更小的内孔直径。在一些实施方式中，注射器具有2mm或更小的内孔直径。

在一些实施方式中，系统由至少2个注射器的组件、至少3个注射器的组件或至少4个注射器的组件组成。在另一实施方式中，注射器的内孔具有2mm的直径。在另一实施方式中，注射器的内孔具有2.5mm、或3mm、或3.5mm、或4mm、或4.5mm、或5mm、或6mm的直径。

在一些实施方式中，组件由2个或更多个注射器组成。在一些实施方式中，组件由4个或更多个注射器组成。在一些实施方式中，组件由6个或更多个注射器组成。在一些实施方式中，组件由8个或更多个注射器组成。在一些实施方式中，组件由10个或更多个注射器组成。在一些实施方式中，组件由12个或更多个注射器组成。在一些实施方式中个，组件由14个或更多个注射器组成。在一些实施方式中，组件由16个或更多个注射器组成。

本文还公开了一种挤出机系统，该挤出机系统包括具有用于注射器喷嘴的组件的螺旋或同心端口的至少一个料桶部分。在一些实施方式中，料桶部分具有至少4个端口。在其他实施方式中，料桶部分具有至少6个端口。在一些实施方式中，料桶部分具有至少8个端口。在一些实施方式中，料桶部分具有至少10个端口。在进一步的实施方式中，料桶部分具有至少12个端口。在另一实施方式中，料桶部分具有至少14个端口。在一些实施方式中，料桶部分具有至少16个端口。

在一些实施方式中，挤出机系统包括至少2个料桶部分。在一些实施方式中，料桶部分可与其它料桶部分互换。在一些实施方式中，螺旋或同心端口垂直于料桶部分。

本文还公开了一种挤出机系统，其中注射器被预先设置为注射每干重材料30-50％的蒸汽。

援引并入

本说明书中所提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文，其程度如同具体地和单独地指出每个单独的出版物、专利或专利申请均通过引用而并入。

附图说明

本发明的新颖特征在所附权利要求中详细阐述。通过参考阐述了其中利用了本发明的原理的说明性实施方式的以下详细描述和附图，将获得对本发明的特征和优点的更好理解，在附图中：

图1是描绘了具有阀组件的双螺杆挤出机的纵向截面的示意图。

图2是示出挤出机料桶部分和用于注射器的孔的纵向图的示意图。

图3A、图3B、图3C、图3D、图3E和图3F是描绘了料桶部分中用于不同注射器的孔的纵向图(图3A、图3C、图3E)和横截面(图3B、图3D、图3F)的示意图。

图4是描绘了注射器的放置的阀体的纵向图示。

图5A和图5B是注射器的纵向图示。

图6是描绘了挤出机和排放阀的示意图，其中注射器的组件附接到歧管。

具体实施方式

除非上下文另有明确规定，否则说明书和所附权利要求中使用的单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数形式。因此，例如提及“纯化的单体”包括两种或更多种纯化的单体的混合物。本文所用的术语“包括”与“含有”、“包含”或“其特征在于”同义，并且是包含性的或开放式的，并不排除另外的、未列举的要素或方法步骤。

“约”是指参考数字指示加上或减去该参考数字指示的10％。例如，术语“约4”将包括3.6至4.4的范围。本说明书中使用的表示成分的量、反应条件等的所有数字应被理解为在所有情况下都被术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则本文所述的数字参数是近似值，其可以根据寻求获得的所需性质而变化。至少，并且不试图限制在要求本申请的优先权的任何申请中的任何权利要求的范围的等同原则的应用，每个数字参数应该根据有效数字的数量和普通的舍入方法来解释。

除非另有明确说明，否则在本文中使用的短语“例如”、“诸如”、“含有”、“包括”、“包含”等的任何时候，均应理解为短语“但不限于”紧随其后。因此，“例如木质素生产”是指“例如但不限于木质素生产”。

在本说明书和随后的权利要求书中，将引用许多术语，这些术语应定义为具有以下含义。

“可选的”或“可选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括所述事件或情况发生的情况和不发生的情况。例如，短语“培养基可以可选地含有葡萄糖”是指培养基可以含有或不含有葡萄糖作为成分，并且该描述包括含有葡萄糖的培养基和不含有葡萄糖的培养基。

除非另有说明，否则本文所用的技术和科学术语与本领域普通技术人员通常理解的含义相同。

定义

本文所用术语“生物质”具有本领域技术人员已知的普通含义，可包括一种或多种可转化为生物燃料、化学品或其它产品的含碳生物材料。本文所用的生物质与术语“原料”同义并且包括青贮饲料、农业残余物(玉米秆、草、稻草、谷物壳、甘蔗渣等)、坚果、坚果壳、椰子壳、动物粪便(牛、家禽和猪的粪肥)、干酒糟可溶物(Distillers Dried Solubles)、干酒糟(Distillers Dried Grains)、浓缩酒糟可溶物(Condensed Distillers Solubles)、湿酒糟(Distillers Wet Grains)、干酒糟及其可溶物(Distillers Dried Grains withSolubles)、木质材料(木材或树皮、锯屑、木屑、木球、木材废料，和工厂废品)、城市废物(废纸、回收的厕纸、庭院剪下物等)和能源作物(杨树、柳树、柳枝稷、苜蓿、草原蓝茎草(prairie bluestem)、包括诸如绿藻门、褐藻门、红藻门等的成员大型藻类的藻类)。生物质的一个示例性来源是植物物质。植物物质可以是例如木本植物物质、非木本植物物质、纤维素材料、木质纤维素材料、半纤维素材料、甘蔗、草、柳枝稷、高粱、高生物量高粱、竹子、藻类和源自这些的材料。植物可以处于其天然状态或被遗传修饰，例如以增加细胞壁的纤维素或半纤维素部分，或产生额外的外源或内源酶以增加细胞壁成分的分离。植物物质可以通过参考存在的化学物质(诸如蛋白质、多糖和油)来进一步描述。多糖包括各种单糖的聚合物和单糖的衍生物，包括葡萄糖、果糖、乳糖、半乳糖醛酸、鼠李糖等。植物物质还包括农业废物副产品或侧流，诸如果渣、玉米浆、玉米芯、玉米纤维、玉米浆固体、酒糟、果皮、核、发酵废物、稻草、木材、污水、垃圾和食物残渣。果皮可以是柑橘类，包括但不限于橘子皮、葡萄柚皮、橙子皮、橘子皮、酸橙皮和柠檬皮。这些材料可以来自农场、林业、工业来源、家庭等。生物质的另一个非限制性示例是动物物质，包括例如奶、骨骼、肉、脂肪、动物加工废物和动物粪便。“原料”经常用于指用于诸如本文所述的那些过程的生物质。

本文所用的“预处理”或“经预处理的”是指任何机械的、化学的、热的、生化的过程或这些过程的组合，无论是在组合步骤中还是顺序进行，其实现生物质的破坏或膨胀，以使生物质更易于受到酶和/或微生物的攻击，并且可包括将释放的碳水化合物聚合物或低聚物酶促水解成单体。在一个实施方式中，预处理包括例如通过用酸或碱处理除去或破坏木质素以使植物生物质中的纤维素和半纤维素聚合物更易被纤维素分解酶和/或微生物利用。在一个实施方式中，预处理包括纤维素和/或半纤维素材料的破裂或膨胀。在另一个实施方式中，它可以指淀粉释放和/或酶促水解成葡萄糖。蒸汽爆炸和氨纤维膨胀(或爆炸)(AFEX)是公知的热/化学技术。可以使用水解，包括利用酸、碱和/或酶的方法。也可以使用其它热、化学、生物化学、酶技术。

本文所用的“蒸汽爆破”是一种物理化学方法，其使用高压蒸汽破坏聚合物组分之间的结合，并减压破坏木质纤维素结构。在该方法中，用高压蒸汽处理木质纤维素浆料一段时间，然后迅速减压至大气压。

如本文所述，“液体”组合物可含有固体，“固体”组合物可含有液体。液体组合物是指其中材料主要是液体的组合物，而固体组合物是其中材料主要是固体的组合物。“浆料”是指溶解或不溶解在液体中的固体。

描述

以下描述和示例详细说明了本公开的一些示例性实施方式。本领域的技术人员将认识到，有本公开的许多变化和修改被其范围所涵盖。因此，对特定示例性实施方式的描述不应被视为限制本公开的范围。

尽管食品挤出加工的历史可以追溯到19世纪末，但对这一过程的控制和新挤出产品的设计仍然主要基于有限的经验知识。就生物质的预处理而言，挤出仍然是一种相对新颖的预处理方法，在该方法中，材料经受混合、加热和剪切，从而导致物理和化学改性。即使在分批模式中，结果也可能是不一致的，并且不是提供高的糖和清洁的木质素产量，而是由波动的压力、化学品和不一致的材料大小带来的副产物和低产量。

食品、动物饲料和塑料材料的挤出加工已经实践多年。尽管使用挤出机的生物质加工也已被尝试，但直到最近，由于难以处理此类顽固的异质材料和变化的水分含量，这并不是很成功。生物质通常由植物细胞壁、主要由木质素、纤维素和半纤维素组成的交联基质组成。这些材料的比率和组成因植物种类而变化，甚至随环境变化而变化。

然而，最近，对挤出机工艺进行了改进，以处理这样的材料至其中大量预处理是经济的。参见，例如，美国专利号10,844,413。与将生物质材料长时间保留在腔室中的现有方法不同，已经发现加工这些材料可以避免在热和化学处理下的长保留时间，从而避免C5糖、蛋白质和木质素降解为不需要的产物，例如羟甲基糠醛(HMF)和糠醛，同时允许碳水化合物材料(单体和聚合糖两者)与其它生物质组分分离。通常在预处理期间形成的抑制剂包括乙酸(在C5糖的释放期间形成)以及甲酸、糠醛和HMF。后三种化合物的形成很大程度上取决于预处理过程中的温度、压力和生物质停留时间。

为了成功地加工生物质材料，需要在过程中的精确时间以精确的量输入蒸汽或液体。然而，在一个方面，理解如美国专利号10,844,413中所示的整个工艺中均匀处理的重要性可以导致所需产物的非常高的产率，而没有在其它预处理方法中发现的抑制剂水平。对于生物质所经受的压力、温度和预处理时间尤其如此。

然而，当放大该工艺时，注射器喷嘴的堵塞问题变得更加突出，并且可能干扰连续或分批预处理。传统的注射器被制造成具有超过12mm的大孔，并且通常包含限制元件。在挤出机上使用的此类喷嘴的示例在美国专利号7,521,076、7,988,884、9,931,603、8,858,065和8.967.849中描述。所描述的结合这些注射器的工艺通常教导使用比成功加工生物质所需的更少的蒸汽和更少的化学品。为了快速有效地处理生物质，必须减少预处理时间，并且材料在反应时间内均匀地经受高于正常的蒸汽和化学品。然而，在这些条件下，较大的孔很容易堵塞。此外，少量的注射器不足以快速到达快速移动通过挤出机料桶部分的材料。

在一个方面，本文所述的注射器的组件克服了上述问题，并允许生物质的经济、高容量生产，包括以分批或连续模式提高植物和纤维材料的量超过20％。

此外，已经发现结晶纤维素的溶解不受短暴露时间的阻碍。本文提供的方法还允许生物质被均匀地加热和加压，以改善处理反应物进入生物质。在该过程中，可以产生浓缩物质(塞子)，其可以将生物质剪切成更小的颗粒，并且可以进一步增加反应物的进入以水解和释放C5聚合物，同时还释放和溶解C6聚合物。在一个实施方式中，将生物质移动通过其中施加蒸汽和压力的反应区，随后加入酸，最后通过快速打开和关闭端阀将材料释放到大气压。整个过程可在数秒内发生，与本领域已知的预处理方法相比，导致具有较低或减少水平的抑制剂的热机械和/或化学水解的生物质。

在一些实施方式中，在反应区中处理生物质少于60、55、50、45、40、35、30、25、20、19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2或1秒。在一些实施方式中，在反应区中处理生物质约5至15秒；在较大的系统中，处理生物质30秒或更少，或者处理生物质60秒或更少。在另一实施方式中，生物质可以在升高的温度和/或压力下进行预处理。在一个实施方式中，生物质在20℃至400℃的温度范围内进行预处理。在另一实施方式中，生物质在约20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、80℃、90℃、100℃、120℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃或更高的温度下预处理。在另一实施方式中，通过使用蒸汽、热水或热气体来提供升高的温度。在一个实施方式中，可以将蒸汽注入包含生物质的容器中。在另一实施方式中，蒸汽、热水或热气体可注入容器夹套中，使其加热，但不直接接触生物质。

一般情况下，根据本发明的挤出机包括伸长料桶，其具有在其一端附近的入口和用于使材料流入附接在相反端的阀组件的开口。用于此目的的挤出机可以是单螺杆、双螺杆或甚至三螺杆挤出机，这意味着螺杆元件分别组装在挤出机料桶的入口和出口之间的一至三个可轴向旋转的轴杆上。

挤出机内的螺杆元件包括多个端对端对齐的螺杆部件，包括入口部件和出口部件，其中每个螺杆部件包括伸长轴杆，以及沿轴杆长度向外延伸的螺旋叶片，每个螺杆部件呈现叶片直径、入口部分和排放部分。此外，螺杆部件端对端地布置，其中入口螺杆部件的排放部分靠近出口螺杆部件的入口部分。

为了在挤出机的部分中提供限流和更大的剪切，在螺杆组件部件的排放部分和入口部分之间提供限流元件和/或捏合元件。这些元件可包括由材料形成塞子以在挤出机内形成区的装置。在优选的方面，通过在将供给区与反应区分隔的高压区中压实生物质来形成蒸汽不可渗透的塞子。这些是通过压实生物质形成的一个或多个蒸汽可渗透的塞子，使得生物质而不是螺杆元件形成用管输送到反应区中的蒸汽和/或酸的屏障。

在该区内获得的压力源于与出口处的限流阀相结合的蒸汽的直接注入，并且有助于定向流动，并促进系统内的湍流和精细混合，同时塞子防止蒸汽回流(向上游流动)到挤出机供给，从而与端阀配合维持反应区内的高压和高温。还在反应区中添加稀酸(或可能的碱，或可能的离子液体)以加速转化过程。此外，所形成的高压区将反应性材料和液体保持在反应区中，从而允许使用更便宜、更耐用的金属来制造输送区中的料桶衬里和螺杆元件。

将高压区的形成与下文所述的排放(端)阀连接合上了在挤出机内实际形成高压反应区的回路。反应区中的高压已经达到1psi至800psi，甚至超过1000psi，而没有蒸汽通过高压区回流。在一个方面，蒸汽达到并维持至少约500psi、至少约600psi、至少约700psi、至少约800psi、至少约900psi或至少约1000psi的压力。将该压力维持至少约1小时、至少约2小时、至少约4小时、至少约5小时、至少约6小时、至少约8小时、至少约10小时、至少约12小时、至少约13小时、至少约14小时、至少约15小时、至少约16小时、至少约17小时、或至少约18小时或更长。在这些情况下，生物质馈送速率在约60至约350干kg/hr的范围内。

通过注射端口的直接蒸汽注射允许生物质的非常快速和均匀的加热，特别是如果生物质颗粒大小较小。反应溶液(稀酸、离子液体等)的高温、精细混合、小颗粒大小和均匀分布的组合带来了产生低抑制剂的非常快速的预处理过程。

在一些情况下，本文提供的预处理方法允许糖在非常快速的时间框架内释放和解聚。根据挤出机的大小，该过程在不到20秒以及最多几分钟内发生。通常，在反应区中的时间可以为1秒至小于20秒，优选小于10秒的范围。在较大规模的系统中，预处理可以在几分钟内进行。这种缩短的预处理时间相当于连续移动生物质通过管子和端阀区，导致快速预处理的生物质含有很少、没有或基本上没有抑制剂。

本文描述了用于在酶水解之前快速加工木质纤维素、纤维素、半纤维素等生物质材料的改进的、低成本的、节能的预处理装置和方法，其包括使用或不使用化学品的热机械处理和由高压区和压力驱动的可变端阀控制的反应挤出。本文公开的方法可包括使用一种装置，该装置包括分成管状区的圆柱形腔室，其中生物质可连续地或分批地移动通过该圆柱形腔室；在大小上缩小；并且在经受快速的温度和压力差(例如，爆发性减压)之前，在不同的管状区中用压力、热、化学品或其组合进行处理。生物质可以通过螺杆型机构移动，例如在挤出机中发现的单螺杆、双螺杆或甚至三螺杆。备选地，生物质可以通过诸如块或其它机械压力、由空气、油、活塞、真空或重力控制的不同流体静力学压力的机构来移动。这些机构还可以具有将生物质向前推动或驱动或分离到用于特定处理或添加材料的腔室或区中的功能。

一般情况下，本系统中使用的挤出机包括伸长料桶，其相对的两端附近呈现材料入口和材料出口，其中料桶内的一个或多个可轴向旋转的伸长螺杆用于将材料从入口端推进到出口端。螺杆被设计成在减小其大小的同时使材料的流动平稳，并且各种螺杆元件被布置成增加或减少流动，或者在料桶内形成生物质的塞子。在出口处与在压力下的端阀耦合的螺杆，当生物质移动通过和离开料桶时，控制施加到生物质的速度、压力和部分温度。

本文公开的系统和方法可用于以高生产率对生物质进行工业规模预处理。例如，估计生物质可以根据本文公开的一些方法通过双螺杆挤出机的连续操作，根据下表1移动并加工。

表1

料桶螺杆反应器可包括金属圆柱形料桶(其可衬有特殊材料，例如陶瓷、玻璃、铝、哈斯特洛伊镍基合金(hastelloy)、钛等)，其大小范围可为例如30mm至220mm直径或更大，配备有一个或多个水平或垂直定向的螺杆。料桶可以被分成单独的部分(料桶部分)，并且可以沿着顶部表面、侧表面和/或底部表面配备多个使用端口。这样的多个使用端口可以是可密封的端口。多个使用端口可允许注入水、蒸汽、酸或其它化学品。多个使用端口可允许插入热电偶和/或压力计，用于测量料桶内的温度和压力。可以根据需要添加其他端口。反应器料桶可配备电加热元件或蒸汽夹套，以用于均匀加热料桶。备选地或附加地，可以通过注入蒸汽来提供加热。反应器料桶可以附接到排放到闪蒸罐或其它容器中的管子。闪蒸罐可采用不锈钢构造。料桶可以通过具有座端的管道与闪蒸罐隔离，该座端具有压力致动的排放阀布置，该排放阀布置能够根据阀上的背压和系统内的压力连续调节位置。排放阀布置可包括就位在之间的金属或陶瓷密封座，以允许生物质的爆炸性排放。压力致动阀布置可包括连接到轴杆的圆锥形喷嘴。端阀的直径可随机器的大小而变化，并且通常在30mm至220mm或更大的范围内。圆锥形喷嘴可以连接到轴杆，该轴杆附接到背压发生器中的致动器。该致动器可以提供由背压发生器调节的气动压力，该背压发生器监控该压力。该压力可以是高压，使得没有回流发生，并且有受限的材料流出管子。圆锥形喷嘴和座上的背压可调。例如，可以使用50psi至600psi(表压)或更高的背压在连接到端部剪切阀的圆锥形喷嘴的轴杆上来执行操作。端部剪切阀的锥体可以在完全关闭和完全打开位置以及任何中间位置之间移动。端部剪切阀的出口处的管道可以将经处理的固体向下导入闪蒸罐的底部，在闪蒸罐的底部，固体和蒸汽可以分离并容易移除。

由料桶部分组成的完整挤出机通常配有多个端口，用于将蒸汽和/或酸注入料桶的边界内，其中端口位于至少某些螺杆部件的入口部分附近。在优选形式中，注射端口位于相对于料桶的纵轴的90°角处，并且配备有具有喷嘴的蒸汽注射组件，所述喷嘴的端部与料桶的内壁齐平或几乎不侵入料桶的内壁。在料桶部分中可以有16个或更多个注射组件。这不同于本领域中每个料桶部分使用2-4个喷嘴的其它系统。增加的数量允许在需要的地方以所需的量精确地注入大量的蒸汽、化学品或水。料桶部分是可互换的，从而可以根据待加工的生物质的性质的需要来改变物质的引入。在一个实施方式中，在料桶部分中的喷嘴的数量为至少2个、至少4个、至少6个、至少8个、至少10个、至少12个、至少14个、至少16个或更多个。它们也以圆形模式围绕端阀圆柱部分布置，以确保液体的均匀分布。

在刚好超过挤出机出口且在端阀的针之前的注射区中，喷嘴可以进一步延伸到端阀体的开口中。本发明的特征在于，与传统设备相比，挤出设备被设计成使用相对高水平的来自蒸汽/水注射和酸的特定热能来加工生物质材料，以在料桶内达到所需的压力水平，而不会有喷嘴的组件的任何反吹或堵塞。为此，挤出机料桶内的挤出螺杆组件被设计成交替地输送、形成塞子和加工生物质材料，同时允许将大量的蒸汽注入到料桶中。因此，挤出机提供了具有高摩擦和高剪切区的蒸汽注入区，使得材料被均匀地水合和处理。同时，挤出机的操作不需要非常高的马力，并且不会导致挤出机零部件的过度磨损。

端阀组件至少具有双重用途。首先是通过限制蒸汽和材料的流出来维持挤出机料桶内的压力。以这种方式，从阀组件释放的材料经历从高于大气压力到大气压力的突然压力下降。突然释放的目的是使材料经受蒸汽爆炸，该蒸汽爆炸进一步分解挤出机加工的生物质。第二个目的是将蒸汽爆炸的材料导入连接的闪蒸罐。

存在喷嘴和阀组件以将水或其他化学品添加到下游进入端阀组件的材料中，来确保通过端阀的平稳流动。根据料桶的大小、流动速度和材料的密度，在料桶或阀部分中，这些输入件的数量可以从4个至16个或更多个。在一个实施方式中，在端阀部分中，输入部分中的喷嘴的数量为至少2个、至少4个、至少6个、至少8个、至少10个、至少12个、至少14个、至少16个或更多个。它们也以圆形模式围绕端阀圆柱部分布置，以确保液体的均匀分布。

图1示出了以纵向截面提供的一种类型的反应器设计的实施方式。反应器可以是商业规模的反应器。它包括带有双螺杆的水平圆柱形料桶45，以及排放阀体10和部分显示的针11，该双螺杆配有装配在轴杆38上的螺杆元件51、52。挤出机和排放阀包括导管，生物质通过该导管移动到排放单元(未示出)。

料桶可以是绝缘的，并且可以具有不可渗透的壁。用于挤出机的支撑件7在图6中示出。马达24或其它用于移动螺杆的装置接近第一端附接。马达可以是，例如，电动马达和齿轮箱的组合，具有或不具有滑轮和V形带或任何其它机构来转动螺杆。马达也可以是，例如但不限于，同步转矩马达。料斗(未示出)可以附接到料桶45的入口。生物质可以通过料斗的开口添加。生物质可以是如上文所述的任何生物质。可以有用于非压实或压实流生成的供给器(未示出)，例如控制从料斗到料桶45的生物质添加的填塞机。压实和/或非压实供给器可以是本领域已知的任何压实和/或非压实装载机。例如，非压实流动诱导供给器可以是非压实供给器或各种类型的活动底部料仓流动诱导器，随后是流量计量输送机，例如各种类型的牵引链、斗式提升机或旋转螺旋线。在其最简单的形式中，非压实供给器可以指用手将生物质装载到圆柱形料桶的开口的第一端中。压实供给器可包括机械压实。机械压实可以通过提供机械压实装置来实现，例如往复式柱塞或螺旋供给器。

本发明的重要实施方式是输入注射器的内孔大小。正常情况下，它们较大；然而，由于料桶中的高压和小颗粒大小的材料可能导致堵塞，因此它们构建有比传统设计小得多的孔。对于水或酸的注入，该孔的直径将在2-3mm的范围内，而对于113mm或更大的挤出机料桶，蒸汽注射器将具有2mm至4.5或5mm的孔。注射器相对于料桶的角度通常垂直于料桶，尽管它们可以朝向上游或下游流动成角度。此外，具有蒸汽或液体输入的常规挤出机通常设计用于每干重材料3至15％蒸汽的蒸汽注入。在本发明的实施方式中，蒸汽注射器预先设置为注射每干重材料30-50％的蒸汽，并且每天加工大于100干吨。在挤出机料桶中产生的压力有利于堵塞喷嘴，因此它们不能是具有较大孔的常规设计。相反，为了产生额外的蒸汽或液体，必须向系统添加额外的注射器或增加流量。

在一个实施方式中，如图1中所描绘的，挤出机料桶45包括在多个端口55(图2)中的喷射器29、32、34、36的阵列，所述多个端口55围绕挤出机料桶45和阀体10以螺旋或圆形图案组织，用于设计成加工生物质的流动路径。在图1中，注射器分为四组，在图6中更清楚地显示出集群S1、S2、S3、S4。第一组S1由注射器29组成，并在捏合元件52开始形成塞子之前发生。这些注射器在塞子上游添加水，以维持塞子(未示出)中一定的最小湿度(最大固体含量)，从而控制扭矩、生产量和热量。

挤出机料桶45的该上游部分配备有一系列端口55(图3A和图3B，分别为纵向截面和横截面)，用于注水以使进入的材料水合，其中每个料桶端口容纳伸长的水注射器29。定位一系列端口55以便穿透挤出机的外壁并与料桶的孔30连通。端口可以围绕流动路径并沿着导管以螺旋模式设置，如图2、图3和图4中所描绘的。

注射器32的第二组S2出现在捏合元件52的下游和反应区R内。根据加工程度和所需的压力/温度的量级，该组S2可以布置在料桶部分中，以便在塞子形成之后，均匀地贯穿大部分反应区，或者在反应区的端部处立即输入蒸汽。在另一实施方式中，可以使用这些布置的组合。图3C(纵向截面)和图3D(横截面)描绘了具有端口55的料桶部分的实施方式，端口55被设计成容纳注射器，所述注射器被布置成刚好在塞子形成之后提供蒸汽。

注射器34的第三组S3也出现在捏合元件52的下游和反应区R内。根据所需的加工程度，该组S3可以布置在料桶部分中，以便在塞子形成之后并且贯穿大部分反应区向挤出机料桶45的端部均匀地输入酸。在其它实施方式中，可以使用这些注射器34的不同组合。图3E(纵向截面)和图3F(横截面)示出了具有端口55的料桶部分的实施方式，端口55被设计成容纳注射器，所述注射器被布置成刚好在塞子形成之后并且在材料移动到阀体中之前提供酸。

注射器36的第四组S4刚好在挤压机料桶45之外，但在阀体10内的针11之前(图1和图4)组织。它们用于在生物质材料从挤出机出来时注入水，并设置在螺杆元件51的端部之外，尽管任何轴杆帽39都可以突出到该空间21中。水用于稀释材料，通过蒸汽爆炸改善流变性，从而降低挤出机上通过阀推动的扭矩。在加工过程中，材料，尤其是浆料，通常不会流动，但在通过管道或料桶加工时会有一点波动。在出口处的流动是湍流的，并且当它与水混合时，它在阀21的空间中平滑地进入向下游行进的层流。任何液体都可以在从管子输出之前添加，以促进材料流动通过阀系统和/或进一步处理材料。在一个实施方式中，诸如水、酸、碱、醇、溶剂、醛、酮等液体可用于此目的。

注射器连接到端口55，使得注射器的组件相对于材料或螺杆元件的流动路径以所期望的角度设置。因此，如图1所示，注射器29(其在第一组喷射器组合中)可以连接到端口55(图2和图3B)，以使其相对于挤出机料桶和流动路径以约90°的角度设置。此外，注射器32(其在第二组注射器的组件中)可连接到端口55(图2和图3B)。以使其相对于挤出机料桶45和材料的流动路径以约90°的角度设置。

虽然图1所描述的系统具有以特定角度设置的注射器的组件，但只要注射器的组件不会在物理上相互干扰或不干扰螺杆元件的移动，所采用的角度就可以改变。因此，注射器的组件之间的角度可以例如随着注射器的组件的物理尺寸的减小而减小，或者可以例如随着注射器的组件的物理尺寸的增大而增大。这些端口围绕材料的流动路径并沿着挤出机或阀体的长度以螺旋形或螺旋状图案设置在离散位置处，以在各个端口之间提供角度和纵向分离。

图5A和图5B描述了单个注射器。该注射器包括远端、近端70和连接注射器的远端和近端的输送管71，在远端处，孔73通向挤出机的内腔。在将注射器连接到歧管的导管附接之前，可调节阀(未示出)容纳在歧管中(图6)。注射器管子的喷嘴72可以伸入挤出机的流动路径中任何合适的距离，只要它不干扰螺杆元件或其它移动部件的移动。因此，喷嘴72将几乎齐平并且在挤出机的内壁45中几乎不突出，但是可以在不阻碍机械移动的情况下进一步延伸到阀体10中。

每个注射器喷嘴72从其自身独特的歧管/具有辅助管路的集管向喷嘴馈送。因此，如果将水注入料桶中，则水从其自身的泵馈送到歧管中，所有使用中的喷嘴都连接到该歧管。流量可通过泵上的设置进行控制。注射器的管子中没有限制。对于酸和其他流体也是如此；它们每个都有自己的泵和自己的歧管/集管。蒸汽从在来源处在69巴尔格(barg)的压力下运行的蒸汽源馈送，通过挤出机的减压系统降至49barg。通过打开流量控制阀(未示出)来调节蒸汽的流量。

从歧管发出的阀可针对通往注射器喷嘴的每条管路单独调节。因此，流向每个注射器的特定喷嘴的流量也是可调的。如果在任何特定的设置中需要较少的注射器，则可以在关闭阀之后移除注射器并塞住孔，使得没有材料从歧管流到该喷嘴，并且没有材料通过该孔移出挤出机。

阀包括至少一个向阀供应添加剂的入口，并可包括任何合适的阀，诸如手动或自动致动的双向阀。合适的阀包括但不限于美国专利号6,220,296(Ragsdale等人)、美国专利号6,247,839(Kochanowicz等人)、美国专利号6,316,053(Ragsdale等人)和美国专利号6,541,531(Ragsdale)中描述的阀，前述中的每一个通过引用并入本文。

歧管的导管可由任何合适的材料构造。例如，导管可以由诸如铝、钢、不锈钢、耐腐蚀合金等金属构造，或者由诸如聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯等塑料材料(如果使用较低的压力)构造。

歧管可设有任何合适的装置，以将其安装到合适的系统中，例如用于制造聚合物泡沫(例如聚氨酯泡沫)的系统。例如，导管的端部可以是具有螺纹的，以提供用于将歧管耦合到合适的系统的装置。或者，导管的端部可以设有带凸缘的配件，以提供用于将歧管耦合到系统的装置。

虽然本文已经显示和描述了本发明的优选实施方式，但对于本领域的技术人员来说，这样的实施方式显然仅是以示例的方式提供的。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员现将可以想到许多变化、改变和替换。应当理解，在实践本发明时，可以采用本文所述的本发明的实施方式的各种替代方式。下面的权利要求旨在限定本公开的范围，并且在这些权利要求及其等同物的范围内的方法和结构由此被覆盖。

示例性实施方式

实施方式1.一种用于将一种或多种添加剂引入材料中的系统，该系统包括：

a.注射器的组件，其中注射器包括直径范围为2至6mm的内孔；

b.用于控制所述组件中的物质流的歧管；

c.结合到歧管中用于每个注射器的阀，以独立地控制注射器中的物质流；和

d.添加剂的供应源。

实施方式2.根据实施方式1所述的系统，其中添加剂是液体或蒸汽。

实施方式3.根据实施方式1所述的系统，其中添加剂是水。

实施方式4.根据实施方式1所述的系统，其中添加剂是酸。

实施方式5.根据实施方式1所述的系统，其中添加剂是处于约80-600psi的压力下的蒸汽。

实施方式6.根据实施方式1所述的系统，其中添加剂是处于约150psi的压力下的蒸汽。

实施方式7.根据实施方式1所述的系统，其中添加剂是处于约200psi的压力下的蒸汽。

实施方式8.根据实施方式1所述的系统，其中添加剂是处于约250psi的压力下的蒸汽。

实施方式9.根据实施方式1所述的系统，其中添加剂是处于约300psi的压力下的蒸汽。

实施方式10.根据实施方式1所述的系统，其中材料由生物质组成。

实施方式11.根据实施方式1所述的系统，其中材料由在导管内的生物质组成。

实施方式12.根据实施方式11所述的系统，其中导管是挤出机。

实施方式13.根据实施方式12所述的系统，其中导管包括挤出机和排放阀。

实施方式14.根据实施方式1所述的系统，其中注射器的内孔具有2mm的直径。

实施方式15.根据实施方式1所述的系统，其中注射器的内孔具有2.5mm的直径。

实施方式16.根据实施方式1所述的系统，其中注射器的内孔具有3mm的直径。

实施方式17.根据实施方式1所述的系统，其中注射器的内孔具有3.5mm的直径。

实施方式18.根据实施方式1所述的系统，其中注射器的内孔具有4mm的直径。

实施方式19.根据实施方式1所述的系统，其中注射器的内孔具有4.5mm的直径。

实施方式20.根据实施方式1所述的系统，其中注射器的内孔具有5mm的直径。

实施方式21.根据实施方式1所述的系统，其中注射器的内孔具有5.5mm的直径。

实施方式22.根据实施方式1所述的系统，其中注射器的内孔具有6mm的直径。

实施方式23.根据实施方式1所述的系统，其中组件由2个或更多个注射器组成。

实施方式24.根据实施方式1所述的系统，其中组件由4个或更多个注射器组成。

实施方式25.根据实施方式1所述的系统，其中组件由6个或更多个注射器组成。

实施方式26.根据实施方式1所述的系统，其中组件由8个或更多个注射器组成。

实施方式27.根据实施方式1所述的系统，其中组件由10个或更多个注射器组成。

实施方式28.根据实施方式1所述的系统，其中组件由12个或更多个注射器组成。

实施方式29.根据实施方式1所述的系统，其中组件由14个或更多个注射器组成。

实施方式30.根据实施方式1所述的系统，其中组件由16个或更多个注射器组成。

实施方式31.根据实施方式1所述的系统，其中材料由反应区内的生物质组成。

实施方式32.一种将液体或蒸汽注入挤出机料桶或阀体的方法，该方法包括：

a.使多个注射端口穿透挤出机料桶的外壁或外阀壁到达其孔；

b.将注射器纳入注射端口中；

c.将蒸汽注入所述挤出机料桶或阀中，以在导管中维持150至800psi之间的压力；和

d.将液体注入所述挤出机料桶或阀中。

实施方式33.一种将液体和蒸汽注入挤出机料桶或阀体的方法，该方法包括：

a.使多个注射端口穿透挤出机料桶或阀体到达其孔；

b.将注射器纳入注射端口中；和

c.将液体和蒸汽注入所述挤出机料桶或阀中，以在所述区里面维持150至800psi之间的压力。

实施方式34.根据实施方式32所述的方法，其中注射器喷嘴孔的直径在2-6mm之间。

实施方式35.根据实施方式32所述的方法，其中注射器喷嘴孔的直径在2-4mm之间。

实施方式36.根据实施方式32所述的方法，其中注射器喷嘴孔的直径在2-3mm之间。

实施方式37.根据实施方式32所述的方法，其中注射器喷嘴孔的直径为2mm。

实施方式38.根据实施方式32所述的方法，用于每天预处理至少一干吨生物质，该方法包括：

(a)以每天至少一干公吨(MT)生物质的速率将生物质馈送到包括料桶的挤出系统中，该料桶限定包括供给区和反应区的内腔室，其中挤出系统被构造和布置使得：

(i)通过在分隔供给区和反应区的高压区中压实生物质而形成蒸汽不可渗透的塞子，和

(ii)具有6mm或更小的内部喷嘴孔直径的至少一个蒸汽注射器的组件向反应区提供压力和高温。

实施方式39.一种挤出机系统，该挤出机系统包括一个或多个注射器的组件的至少一个组件，该一个或多个注射器具有直径为6mm或更小的内喷嘴孔。

实施方式40.根据实施方式38所述的系统，其中注射器以150-800psi的压力向挤出机孔提供蒸汽。

实施方式41.根据实施方式39所述的系统，其中注射器具有4mm或更小的内孔直径。

实施方式42.根据实施方式39所述的系统，其中注射器具有2mm或更小的内孔直径。

实施方式43.根据实施方式38所述的系统，其中挤出机系统由至少2个注射器的组件、至少3个注射器的组件或至少4个注射器的组件组成。

实施方式44.根据实施方式43所述的系统，其中注射器的内孔具有2mm的直径。

实施方式45.根据实施方式43所述的系统，其中注射器的内孔具有2.5mm的直径。

实施方式46.根据实施方式43所述的系统，其中注射器的内孔具有3mm的直径。

实施方式47.根据实施方式43所述的系统，其中注射器的内孔具有3.5mm的直径。

实施方式48.根据实施方式43所述的系统，其中注射器的内孔具有4mm的直径。

实施方式49.根据实施方式43所述的系统，其中注射器的内孔具有4.5mm的直径。

实施方式50.根据实施方式43所述的系统，其中注射器的内孔具有5mm的直径。

实施方式51.根据实施方式43所述的系统，其中注射器的内孔具有5.5mm的直径。

实施方式52.根据实施方式43所述的系统，其中注射器的内孔具有6mm的直径。

实施方式53.根据实施方式43所述的系统，其中组件由2个或更多个注射器组成。

实施方式54.根据实施方式43所述的系统，其中组件由4个或更多个注射器组成。

实施方式55.根据实施方式43所述的系统，其中组件由6个或更多个注射器组成。

实施方式56.根据实施方式43所述的系统，其中组件由8个或更多个注射器组成。

实施方式57.根据实施方式43所述的系统，其中组件由10个或更多个注射器组成。

实施方式58.根据实施方式43所述的系统，其中组件由12个或更多个注射器组成。

实施方式59.根据实施方式43所述的系统，其中组件由14个或更多个注射器组成。

实施方式60.根据实施方式43所述的系统，其中组件由16个或更多个注射器组成。

实施方式61.一种挤出机系统，该挤出机系统包括具有用于注射器喷嘴的组件的螺旋或同心端口的至少一个料桶部分。

实施方式62.根据实施方式61所述的挤出机系统，其中料桶部分具有至少4个端口。

实施方式63.根据实施方式61所述的挤出机系统，其中料桶部分具有至少6个端口。

实施方式64.根据实施方式61所述的挤出机系统，其中料桶部分具有至少8个端口。

实施方式65.根据实施方式61所述的挤出机系统，其中料桶部分具有至少10个端口。

实施方式66.根据实施方式61所述的挤出机系统，其中料桶部分具有至少12个端口。

实施方式67.根据实施方式61所述的挤出机系统，其中料桶部分具有至少14个端口。

实施方式68.根据实施方式61所述的挤出机系统，其中料桶部分具有至少16个端口。

实施方式69.根据实施方式61所述的挤出机系统，包括至少2个料桶部分。

实施方式70.根据实施方式61所述的挤出机系统，其中所述料桶部分可与其它料桶部分互换。

实施方式71.根据实施方式61所述的挤出机系统，其中螺旋或同心端口垂直于料桶部分。

实施方式72.根据实施方式61所述的挤出机系统，其中注射器被预先设置为注射每干重材料30-50％的蒸汽。

Claims (72)

1.一种用于将一种或多种添加剂引入材料中的系统，所述系统包括：

a.注射器的组件，其中所述注射器包括直径范围为2至6mm的内孔；

b.用于控制所述注射器的组件中的物质流的歧管；

c.结合到所述歧管中用于每个注射器的阀，以独立地控制所述注射器中的所述物质流；和

d.添加剂的供应源。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述添加剂是液体或蒸汽。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述添加剂是水。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述添加剂是酸。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述添加剂是蒸汽，并且其中所述蒸汽处于约80-600psi的压力下。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述添加剂是蒸汽，并且其中所述蒸汽处于约150psi的压力下。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述添加剂是蒸汽，并且其中所述蒸汽处于约200psi的压力下。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述添加剂是蒸汽，并且其中所述蒸汽处于约250psi的压力下。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述添加剂是蒸汽，并且其中所述蒸汽处于约300psi的压力下。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述材料包括生物质。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述材料包括生物质，并且其中所述材料在导管内。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述导管包括挤出机。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述导管还包括排放阀。

14.根据权利要求1所述的系统，其中所述注射器的所述内孔具有约2mm的直径。

15.根据权利要求1所述的系统，其中所述注射器的所述内孔具有约2.5mm的直径。

16.根据权利要求1所述的系统，其中所述注射器的所述内孔具有约3mm的直径。

17.根据权利要求1所述的系统，其中所述注射器的所述内孔具有约3.5mm的直径。

18.根据权利要求1所述的系统，其中所述注射器的所述内孔具有约4mm的直径。

19.根据权利要求1所述的系统，其中所述注射器的所述内孔具有约4.5mm的直径。

20.根据权利要求1所述的系统，其中所述注射器的所述内孔具有约5mm的直径。

21.根据权利要求1所述的系统，其中所述注射器的所述内孔具有约5.5mm的直径。

22.根据权利要求1所述的系统，其中所述注射器的所述内孔具有约6mm的直径。

23.根据权利要求1所述的系统，其中所述注射器的组件包括2个或更多个注射器。

24.根据权利要求1所述的系统，其中所述注射器的组件包括4个或更多个注射器。

25.根据权利要求1所述的系统，其中所述注射器的组件包括6个或更多个注射器。

26.根据权利要求1所述的系统，其中所述注射器的组件包括8个或更多个注射器。

27.根据权利要求1所述的系统，其中所述注射器的组件包括10个或更多个注射器。

28.根据权利要求1所述的系统，其中所述注射器的组件包括12个或更多个注射器。

29.根据权利要求1所述的系统，其中所述注射器的组件包括14个或更多个注射器。

30.根据权利要求1所述的系统，其中所述注射器的组件包括16个或更多个注射器。

31.根据权利要求1所述的系统，其中所述材料由反应区内的生物质组成。

32.一种将液体或蒸汽注入挤出机料桶或阀体的方法，所述方法包括：

a.提供多个注射端口，其中所述注射端口穿透所述挤出机料桶的外壁或所述阀体的外壁；

b.将注射器引入所述多个注射端口中；

c.将蒸汽注入所述挤出机料桶或所述阀体中，以在所述挤出机料桶或所述阀体中维持150至800psi之间的压力；和

d.将液体注入所述挤出机料桶或所述阀体。

33.一种将液体和蒸汽注入挤出机料桶或阀体的方法，所述方法包括：

a.提供多个注射端口，其中所述注射端口穿透所述挤出机料桶或所述阀体；

b.将注射器引入所述多个注射端口中；和

c.将液体和蒸汽注入所述挤出机料桶或所述阀体中，以在所述挤出机料桶或所述阀体中维持150至800psi之间的压力。

34.根据权利要求32所述的方法，其中所述注射器包括直径在2-6mm之间的喷嘴孔。

35.根据权利要求32所述的方法，其中所述注射器包括直径在2-4mm之间的喷嘴孔。

36.根据权利要求32所述的方法，其中所述注射器包括直径在2-3mm之间的喷嘴孔。

37.根据权利要求32所述的方法，其中所述注射器包括直径为约2mm的喷嘴孔。

38.根据权利要求32所述的方法，用于每天预处理至少一干吨生物质，所述方法还包括：

(b)以每天至少一干公吨(MT)生物质的速率将所述生物质馈送到包括料桶的挤出系统中，其中所述料桶包括内腔室，所述内腔室包括供给区和反应区，其中所述挤出系统被构造和布置使得：

(i)通过在分隔所述供给区和所述反应区的高压区中压实所述生物质而形成蒸汽不可渗透的塞子，和

(ii)具有6mm或更小的内部喷嘴孔直径的蒸汽注射器的组件向所述反应区提供压力和高温。

39.一种包括一个或多个注射器的组件的挤出机系统，其中所述注射器包括直径为6mm或更小的喷嘴孔。

40.根据权利要求39所述的挤出机系统，其中所述注射器以150-800psi的压力向所述挤出机孔提供蒸汽。

41.根据权利要求39所述的挤出机系统，其中所述注射器具有4mm或更小的内孔直径。

42.根据权利要求39所述的挤出机系统，其中所述注射器具有2mm或更小的内孔直径。

43.根据权利要求39所述的挤出机系统，其中所述挤出机系统包括至少2个注射器的组件、至少3个注射器的组件或至少4个注射器的组件。

44.根据权利要求43所述的挤出机系统，其中所述注射器的内孔具有约2mm的直径。

45.根据权利要求43所述的挤出机系统，其中所述注射器的内孔具有约2.5mm的直径。

46.根据权利要求43所述的挤出机系统，其中所述注射器的内孔具有约3mm的直径。

47.根据权利要求43所述的挤出机系统，其中所述注射器的内孔具有约3.5mm的直径。

48.根据权利要求43所述的挤出机系统，其中所述注射器的内孔具有约4mm的直径。

49.根据权利要求43所述的挤出机系统，其中所述注射器的内孔具有约4.5mm的直径。

50.根据权利要求43所述的挤出机系统，其中所述注射器的内孔具有约5mm的直径。

51.根据权利要求43所述的挤出机系统，其中所述注射器的内孔具有约5.5mm的直径。

52.根据权利要求43所述的挤出机系统，其中所述注射器的内孔具有约6mm的直径。

53.根据权利要求43所述的挤出机系统，其中所述一个或多个注射器的组件包括2个或更多个注射器。

54.根据权利要求43所述的挤出机系统，其中所述一个或多个注射器的组件包括4个或更多个注射器。

55.根据权利要求43所述的挤出机系统，其中所述一个或多个注射器的组件包括6个或更多个注射器。

56.根据权利要求43所述的挤出机系统，其中所述一个或多个注射器的组件包括8个或更多个注射器。

57.根据权利要求43所述的挤出机系统，其中所述一个或多个注射器的组件包括10个或更多个注射器。

58.根据权利要求43所述的挤出机系统，其中所述一个或多个注射器的组件包括12个或更多个注射器。

59.根据权利要求43所述的挤出机系统，其中所述一个或多个注射器的组件包括14个或更多个注射器。

60.根据权利要求43所述的挤出机系统，其中所述一个或多个注射器的组件包括16个或更多个注射器。

61.一种挤出机系统，包括料桶部分，所述料桶部分具有用于注射器喷嘴的组件的螺旋或同心端口。

62.根据权利要求61所述的挤出机系统，其中所述料桶部分包括至少4个端口。

63.根据权利要求61所述的挤出机系统，其中所述料桶部分包括至少6个端口。

64.根据权利要求61所述的挤出机系统，其中所述料桶部分包括至少8个端口。

65.根据权利要求61所述的挤出机系统，其中所述料桶部分包括至少10个端口。

66.根据权利要求61所述的挤出机系统，其中所述料桶部分包括至少12个端口。

67.根据权利要求61所述的挤出机系统，其中所述料桶部分包括至少14个端口。

68.根据权利要求61所述的挤出机系统，其中所述料桶部分包括至少16个端口。

69.根据权利要求61所述的挤出机系统，其中所述挤出机系统包括2个或更多个料桶部分。

70.根据权利要求61所述的挤出机系统，其中所述料桶部分可与其它料桶部分互换。

71.根据权利要求61所述的挤出机系统，其中所述螺旋或同心端口垂直于所述料桶部分。

72.根据权利要求61所述的挤出机系统，其中所述注射器被预先设置为注射每干重材料30-50％的蒸汽。