FI129440B - Keittolaitteisto ja -menetelmä lignoselluloosaa sisältävän biomassan käsittelemiseksi - Google Patents

Abstract

Keittolaitteisto lignoselluloosaa sisältävän biomassan käsittelemiseksi käsittää yhden tai useamman panosperiaatteella toimivan keittoreaktorin (100, 100’), joka on sovitettu keittämään biomassaa keittokemikaalissa, joka sisältää muurahaishappoa ja etikkahappoa. Kuumennusjärjestelyn (106) on sovitettu säätämään lämpöenergian siirtoa kuhunkin keittoreaktoriin (100, 100’) säätämällä keittokemikaalin lämpötilaa ajan funktiona ja syöttämällä lämpötilaltaan säädetty keittokemikaali kuhunkin keittoreaktoriin (100, 100’).

Description

Keittolaitteisto ja -menetelmä lignoselluloosaa sisältävän biomassan käsittelemiseksi Ala Keksinnön kohteena on keittolaitteisto ja -menetelmä lignoselluloosaa sisältävän biomassan käsittelemiseksi. Tausta Sellunkeittämisessä = keittoprosessin nestettä kierrätetään ldpi lämmönvaihtimen, joka kuumentaa keittämisessä käytetyn nesteen. Kaupallisen panoskeitolle on tyypillisesti määrätty kokonaiskeittoaika ja lämpötila, joilla saadaan laadultaan hyvää lopputuotetta. Perinteisessä sellunvalmistuksessa lämmitysaika on noin tunti. Teollisesti valikoidut suotuisat olosuhteet huomioivat hyvän lopputuotteen laadun, esimerkiksi keittolämpötilan nosto voi vaikuttaa huonontavasti lopputuotteen laatuun. Patenttijulkaisussa US 20130062031 on esitetty — selluloosakattila ja = selluloosakattilaprosessi. Patenttijulkaisussa W003006736 on € esitetty prosessi tuottaa selluloosamassaa. Laadun heikkeneminen voi näkyä esimerkiksi heikkona vetolujuutena paperissa, jonka massa on keitetty poikkeavassa lämpötilassa. Lopputuotteen laadun huononeminen voi näkyä myös korkeana kappa-lukuna, massan epätasalaatuisuutena ja heikentyneenä massan viskositeettina. Samoin alkalinen hydrolyysi voi voimistua lisäten sekundaarista peeling-reaktiota ja alentaa sellunsaantoa. Tästä on syntynyt tarve kehittää panoskeittoprosessia. Lyhyt selostus Keksinnön — tavoitteena on toteuttaa = parannettu sellun N panoskeittoprosessi. Keksinnön tavoite saavutetaan sillä, mitä sanotaan N 25 itsenäisissä patenttivaatimuksissa. Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat © epditsendisten patenttivaatimusten kohteena.

N

I = Kuvioluettelo S Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen 3 30 yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista: o Kuvio 1 esittää esimerkkiä keittolaitteistosta ja keittoreaktorien välisestä keittokemikaalin kierrätyksestä;

Kuvio 2 esittää esimerkkiä keittolaitteistosta ja keittokemikaalin kierrätyksestä keittoprosessin lopuksi; Kuvio 3 esittää esimerkkiä keittoreaktorista, jossa keittokemikaalia kierrätetään useaan kohti keittoreaktoria; Kuvio 4 esittää esimerkkiä pasutuksesta; Kuvio 5A esittää esimerkkiä keittokemikaalin ylikuumentamisesta useilla tavoin; Kuvio 5B esittää esimerkkiä, jossa haketta syötetään keittoreaktoriin; Kuvio 6 esittää esimerkkiä kappa-luvusta H-tekijän funktiona eri — keittoajoilla; Kuvio 7 esittää esimerkkiä pentosaanien suhteellisesta osuudesta H- tekijän funktiona eri keittoajoilla; Kuvio 8 esittää esimerkkiä keiton lämpöprofiilista eri keittoajoilla; Kuvio 9 esittää esimerkkiä furfuraalin muodostumisesta eri — keittoajoilla; Kuvio 10 esittää esimerkkiä keittomenetelmän vuokaaviosta; ja Kuvio 11 esittää esimerkkiä ohjaimesta.

Suoritusmuotojen kuvaus Seuraavat suoritusmuodot ovat esimerkinomaisia.

Vaikka selitys voi — viitata "erääseen” suoritusmuotoon tai suoritusmuotoihin eri kohdissa, tämä ei välttämättä tarkoita, että jokainen sellainen viittaus on samaan suoritusmuotoon tai suoritusmuotoihin tai että piirre pätee vain yhteen suoritusmuotoon.

Eri suoritusmuotojen = yksittäisiä piirteitä voidaan myös yhdistää muiden suoritusmuotojen mahdollistamiseksi.

Esillä —olevassa ratkaisussa halutaan parantaa organosolv- N keittoprosessia, jotta keiton aikana biomassan hemiselluloosasta keittoliemeen 5 hydrolysoituvia C5-sokereita voidaan saada paremmalla selektiivisyydellä, N saannolla ja samalla on mahdollista saada hyvänlaatuista sellua.

Organosolv- N tekniikassa käytetään orgaanisia happoja ja se on ympäristöystävällinen tekniikka E 30 tuottaa sellua.

Kun keittoprosessin lämpötilaprofiilia hallitaan, tähän on © mahdollista päästä.

Kun keittoprosessin lämpötila saadaan nostettua nopeasti 3 varsinaiseen keittolämpötilaan, keittoprosessi tehostuu.

Perinteisen käsityksen S mukaan nopea lämpötilan nosto keittoprosessin alussa aiheuttaa lopputuotteen N laadun huononemisen, mutta näin ei todellisuudessa käykään ainakaan organosolv-keittoprosessissa, jossa keittokemikaalina eli liuottimena käytetään muurahaishapon, etikkahapon, veden ja furfuraalin seosta.

Kuvio 1 esittää esimerkkiä keittolaitteistosta 10, jossa käsitellään lignoselluloosaa — sisältävää — biomassaa. Keittolaitteisto 10 käsittää panosperiaatteella toimivan ainakin yhden keittoreaktorin 100, 100’. Lignoselluloosaa sisältävä biomassa voi olla puupohjainen tai ei-puupohjainen eli ns. nonwood-biomassa tai näiden yhdistelmä. Biomassa käsittää halutun kokoisiksi paloiksi silputtua haketta esimerkiksi lehtipuista, havupuista tai bambusta.

Biomassana käytettävillä ruohovartisilla kasveilla tarkoitetaan yleisesti ei-puuperäisiä kuitulähteitä, joita ovat esimerkiksi olki, heinät, ruo'ot, niinikuidut, lehtikuidut, siemenkarvat. Olkia ovat esimerkiksi viljojen oljet, kuten vehnän, ohran, kauran, rukiin ja riisin oljet. Heiniä ovat esimerkiksi eparto-, sabai- ja lemonheinä. Ruokoja ovat esimerkiksi papyrus, järviruoko, sokeriruoko ja bambu. Niinikuitulähteitä ovat esimerkiksi kuitupellavan varret, öljypellavan varret, kenaf, juutti ja hamppu. Lehtikuidun lähteitä ovat esimerkiksi manillahamppu ja sisal.

Siemenkarvakuitulähteitä ovat esimerkiksi puuvilla ja puuvillan lintterikuidut. Lisäksi ei-puuperäisiä kuitulähteitä ovat esimerkiksi ruokohelpi, timotei, koiranheinä, keltamesikkä, idänkattara, punanata, valkomesikkä, puna-apila, vuorenherne ja mailanen.

Kukin keittoreaktori 100, 100' ottaa vastaan biomassaerän, joka keitetään keittoreaktorissa 100, 100' käyttäen keittokemikaalia, joka käsittää muurahaishappoa, etikkahappoa, furfuraalia ja vettä.

Keitossa käytettävän liuottimen koostumus sisältää muurahaishappoa noin 30 % - 75 %, etikkahappoa noin 6 % - 55 %, vettä noin 13 % - 22 % ja furfuraalia noin 0001 % - 3 %. Eräässä suoritusmuodossa liuotin sisältää muurahaishappoa noin 38 % - 55 %, etikkahappoa noin 30 % - 45 %, vettä noin 15% - 20 % ja furfuraalia noin 0,01 % - 2 %. Edelleen eräässä suoritusmuodossa N liuotin käsittää muurahaishappoa noin 41 % - 52 %, etikkahappoa noin 31 % - 42 5 %, vettä noin 15 % - 18 % ja furfuraalia noin 0,01 % - 2 %. Esitettyjä pitoisuuksia N voidaan vapaasti yhdistellä halutulla tavalla, kunhan esitetyt luvut eivät mene yli N 30 100%.

E Keittolämpötila on välillä noin 116°C - 170°C. Eräässä © suoritusmuodossa keittolämpötila voi olla välillä noin 120°C - 165°C.

3 Eräässä suoritusmuodossa, jota esittää kuvion 5 esimerkki, N keittolaitteisto käsittää keittokemikaalin annostelulaitteen 90, joka voi säätää N 35 keittokemikaalin eri ainekomponenttien, kuten muurahaishapon ja etikkahapon syöttöä keittoreaktoriin 100, 100'. Keittokemikaalin eri ainekomponentteja voidaan annostella keittoreaktoriin 100, 100' eri määriä ajan funktiona keittoprosessin tehostamiseksi, mikä vaikuttaa keittoprosessiin kemiallisesti ja/tai siihen, kuinka paljon lämpöenergiaa siirtyy keittoreaktoriin 100, 100’. Keittokemikaalin ainekomponenttien annostelu voidaan suorittaa venttiileillä, joita voi ohjata ohjain 180 (joka on esitetty kuviossa 1).

Keittokemikaali on syövyttävää ja se liuottaa biomassan ligniiniä ja hemiselluloosaa ja siten helpottaa kuiduttamista ja sellun valmistusta. Keittoreaktoriin 100 voidaan syöttää myös yhdestä tai useammasta kohdasta höyryä oikean keittolämpötilan saavuttamiseksi ja ylläpitämiseksi. Keittolämpötila määräytyy käytettävän raaka-aineen ja halutun lopputuotteen perusteella. Lämpötilaikkuna on 116°C - 170°C. Eräässä suoritusmuodossa lämpötilaikkuna voi olla esimerkiksi 120°C - 165°C. Keittämisen lopputuloksena syntyy sellua, joka voidaan keittämisen jälkeen esimerkiksi pestä ja edelleen hydrolysoida tai valkaista. Näin muodostettua sellua voidaan käyttää esimerkiksi kartonki- ja —paperiteollisuudessa tai (bio)etanolin raaka-aineena tai muiden fermentointiprosessien raaka-aineena. Sellun lisäksi keiton lopputuotteina syntyy C5 sokereita ja furfuraalia, joiden muodostumista voidaan säätää esitetyllä panoskeittoprosessilla.

Tarkastellaan aluksi yhtä kuvion 1 keittoreaktoreista 100. Eräässä suoritusmuodossa keittolaitteisto 10 käsittää keittoreaktoriin 100 suoraan liittyvän kierrätysjärjestelyn 102, jota voi kutsua myös ensimmäiseksi kierrätysjärjestelyksi. — Kierrätysjärjestelyn 102 putket 104 yhdistävät keittoreaktorin 100 ja kuumennusjärjestelyn 106 keittokemikaalin syöttämiseksi keittoreaktorista 100 kuumennusjärjestelyyn 106, 126 ja kuumennusjärjestelyssä 106,126 kuumennetun keittokemikaalin syöttämiseksi keittoreaktoriin 100. Näin kierrätysjärjestely 102 on sovitettu siirtämään keittokemikaalia putkia 104 pitkin N keittoreaktorista 100 kuumennusjärjestelyyn 106, 126, joka säätää lämpöenergian 5 siirtoa keittoreaktoriin 100 säätämällä keittokemikaalin lämpötilaa ajan funktiona N ja syöttämällä lämpötilaltaan säädetty keittokemikaali keittoreaktoriin 100.

N 30 Kuumennusjärjestely 106, 126 kuumentaa keittokemikaalin ja säätää E sen lämpötilan silloin, kun keittokemikaali on kuumennusjärjestelyssä 106, 126 © keittokemikaalin virratessa kuumennusjärjestelyn 106, 126 läpi. Edelleen 2 kierrätysjärjestely 102 siirtää lämpötilaltaan säädetyn keittokemikaalin takaisin N keittoreaktoriin 100.

N 35 Kierrätysjärjestely 102, joka liittyy keittoreaktoriin 100' ja on samanlainen kuin keittoreaktorin 100 kierrätysjärjestely 102 (siksi sama viitenumero), voi vastaavalla tavalla siirtää keittokemikaalia putkia 104 pitkin keittoreaktorista 100° kuumennusjärjestelyyn 106, 136, joka säätää keittokemikaalin lämpötilan ajan funktiona keittoreaktorissa 100’ suoritettavan keittoprosessin tehostamiseksi.

5 Eräässä suoritusmuodossa kuumennusjärjestely 106 voi kuumentaa keittokemikaalin lämpötilan korkeammaksi kuin mainitussa keittoreaktorissa 100 keittämiseen käytetty keittolämpötila.

Kuvio 1 esittää erästä suoritusmuotoa, johon kuuluu keittoreaktoreiden 100, 100' välinen kierrätysjärjestely 102’, jota voi kutsua kolmanneksi —kierrätysjärjestelyksi. Tässä esimerkissä keittolaitteisto 10 käsittää ensimmäisen ja toisen keittoreaktorin 100, 100’, ja toiseen keittoreaktoriin 100' siirrettävän lämpöenergian säätämiseksi keittokemikaalin avulla keittolaitteisto 10 käsittää ensimmäisen keittoreaktorin puskusäiliön 160 ja lämmöntuottimen 200. Kun keitetty aines päästetään keittoreaktorista 100, tavallisesti keittoreaktorin 100 pohjasta, puskusäiliöön 160, jossa on matalampi paine kuin keittoreaktorissa 100, keittokemikaali höyrystyy.

Mainittu puskusäiliö 160 voi päästää höyrystyneen keittokemikaalin yläosastaan pitkin putkea 104 lämmöntuottimelle 200, joka voi kuumentaa keittokemikaalia tai säätää keittokemikaalin lämpötilaa ajan funktiona.

Lämmöntuotin 200 voi käsittää höyrykompressorin 202, joka kompressiollaan nostaa keittokemikaalin lämpötilaa tai säätää ajan funktiona keittokemikaalin lämpötilaa. Lämmöntuotin 200 voi käsittää lisäksi myös kuumentimen 176, joka voi kuumentaa tai säätää ajan funktiona keittokemikaalin lämpötilaa. Kuumennettu tai lämpötilaltaan säädetty keittokemikaali voidaan syöttää esimerkiksi toisen keittoreaktorin 100' keskiosaan. Kuumentimella 176 kuumennettu tai lämpötilaltaan säädetty keittokemikaali voidaan syöttää toiseen N keittoreaktoriin 100? esimerkiksi yläosastaan (ks. kuva 5). Kuumentimella 176 5 kuumennettua tai lämpötilaltaan säädettyä keittokemikaalia voidaan käyttää myös N biomassaerän pasuttamiseen toisessa keittoreaktorissa 100’ samaan tapaan kuin N 30 kuvion 4 yhteydessä on esitetty. Keittokemikaalin siirtyessä puskusäiliöstä 160 E keittoreaktoriin 100’, se lauhtuu, missä vapautuu energiaa, joka voidaan hyödyntää © keittoprosessin kuumennuksessa. 3 Lämpötilaltaan ajan funktiona säädetty keittokemikaali voi imeytyä N biomassaan tehokkaammin, mikä tehostaa ja/tai nopeuttaa biomassan N 35 kuiduttumista ja voi lyhentää keittoaikaa. Kun keittoreaktorin 100' pohjalle syötetään keittokemikaalihöyry puhaltimen (ei esitetty kuvioissa) avulla, höyryn saturaatiopiste nousee (kompressio haihdutuksen yhteydessä). Näin keittokemikaalihöyryn lauhdutuslämpö nousee ja keittoreaktoria voidaan enemmän /tehokkaammin kuumentaa käyttäen energiaa edellisestä keitosta, jota on voitu tehostaa käyttäen keittokemikaalin lämpötilan säätöä ajan funktiona.

Tyypillisesti MVR-haihduttimella (Mechanical Vapor Recompression - haihduttimella) 202 tarvitaan 10 KWh - 13 kWh sähköä / 1t haihdetta (kompressorille). Pelkällä höyryllä ilman rekompressoria tarvittaisiin noin 640 kWh energiaa / 1t haihdetta, missä t tarkoittaa tonnia.

Eräässä suoritusmuodossa, jota kuvio 2 esittää, keittokemikaali on kuhunkin keittoreaktoriin 100 nähden erillisessä keittokemikaalisäiliössä 150, josta lämpötilaltaan ajan funktiona säädetty keittokemikaali siirretään keittoreaktoriin 100 mahdollisesti kierrätysjärjestelmän 102” putkea 104 pitkin tai putkella, joka on keittoreaktorin 100 ja keittokemikaalisäiliön 150 välillä.

Kuvion 2 kierrätysjärjestelmä 102” siirtää keittoprosessin jälkeisen keittokemikaalin takaisin siihen keittoreaktoriin 100, josta keittokemikaali on poistunut.

Kierrätysjärjestelmää 102” voi pitää kolmantena kierrätysjärjestelmänä.

Kuvio 5A esittää esimerkkiä, jossa keittokemikaalisäiliön 150 keittokemikaali voidaan siirtää myös toiseen keittoreaktoriin 100' ainakin osittain, jolloin keittokemikaali siirretään yhteen tai useampaan keittoreaktoriin 100, 100’. Kierrätysjärjestelmä 102” (kuten muutakaan kierrätysjärjestelmää 102) ei kuitenkaan ole välttämätön (tällöin yhteyttä eli katkoviivalla merkittyä putkea 104 puskusäiliön 160 ja keittokemikaalisäiliön 150 välillä ei ole), vaan keittokemikaalisäiliö 150 ja siihen liittyvä kuumennusjärjestely 106, 156 toimii ilman = kierrätystä.

Kuvion 2 mukaisessa suoritusmuodossa = erillinen keittokemikaalisäiliö 150 ja kuumennusjärjestely 106, 156 toimii esikuumentimena.

Erillinen keittokemikaalisäiliö 150 voi ottaa vastaan N keittokemikaalia kierrätyksen kautta suoraan tai epäsuoraan yhdestä tai 5 useammasta — keittoreaktorista 100. Kierrätyksen lisäksi tai sijaan N keittokemikaalisäiliö 150 voi ottaa vastaan uutta, kierrättämätöntä N 30 keittokemikaalia.

Frillisen keittokemikaalisäiliön 150 keittokemikaalin lämpötilaa E säädetään ajan funktiona kuumennusjärjestelyllä 106, 156. Putket 152 yhdistävät © keittokemikaalisäiliön 150 ja kuumennusjärjestelyn 106 keittokemikaalin 3 syöttämiseksi keittokemikaalisäiliöstä 150 kuumennusjärjestelyyn 106 ja N kuumennusjärjestelyssä 106, 156 lämpötilaltaan säädetyn keittokemikaalin N 35 —syöttämiseksi takaisin keittokemikaalisäiliöön 150. Keittokemikaalisäiliötä 150 käytetään keittokemikaaliakkuna, joka on ainakin suurin piirtein samassa paineessa kuin keittoreaktori 100.

Kuten kuvioissa 2, 3 ja 5A on esitetty, lämpötilaltaan ajan funktiona säädetty keittokemikaali voidaan syöttää yhteen tai useampaan keittoreaktoriin 100 keittokemikaalisäiliöstä 150 pumppaamalla tai painekaasun avulla.

Pumppaaminen pumpulla (ei esitetty kuvioissa) edustaa rauhallisempaa lämpötilaltaan säädetyn keittokemikaalin purkua keittokemikaalisäiliöstä 150 keittoreaktoriin 100, mikä tarkoittaa sitä, että lämpötilaltaan säädetty keittokemikaali voidaan siirtää minuuteissa keittoreaktoriin 100, esimerkiksi — välillä 5 minuutista 10 minuuttiin riippuen laitteiston mitoituksesta.

Kuvioissa 2, 3 ja 5A painekaasua esittää merkintä N2, mikä toimii myös esimerkkinä siitä, että painekaasuna voidaan käyttää inerttiä typpiä. Kun mahdollinen venttiili 120, joka on keittokemikaalisäiliön 150 ja keittoreaktorin 100 välillä, on avattu ja painekaasua syötetään kemikaalisäiliöön 150, painekaasu pakottaa lämpötilaltaan säädetyn keittokemikaalin keittokemikaalisäiliöstä 150 keittoreaktoriin 100. Tällainen tapa siirtää lämpötilaltaan säädettyä keittokemikaalia keittoreaktoriin on tavallisesti äkillisempi kuin pumppaaminen ja siirto kestää sekunneista minuutteihin.

Kuten kuvioissa 1 - 5A on esitetty, kukin keittoreaktori 100 käsittää ainakin yhden sihdin 108, jonka läpäisypinta-ala on sovitettu läpäisemään keittokemikaalia suurella virtausnopeudella, ja kuumennusjärjestely 106, 126, 136 voi tällöin toimia suurella teholla.

Eräässä suoritusmuodossa, joita kuviot 1 - 5A esittävät, kukin keittoreaktori 100, 100' käsittää ainakin yhden sihdin 108, joka estää biomassaa pääsemästä keittoreaktorista 100, 100’ kuumennusjärjestelyyn 106 mutta joka päästää keittokemikaalin läpi kohti kuumennusjärjestelyä 106, 126, 136. Sihti 108 N voi olla vyömäinen rakenne, joka kiertää ympäri keittoreaktorin 100 sisäpinnan 5 mukaisesti. Kukin sihti 108 on sovitettu optimoimaan keittokemikaalivirtauksen N keittoreaktorista 100 kuumennusjärjestelyyn 106, 126, 136. Samalla luonnollisesti N 30 optimoituu myös vastaava lämpötilaltaan säädetyn keittokemikaalin virtaus E kuumennusjärjestelystä 106, 126, 136 mainittuun yhteen tai useampaan o keittoreaktoriin 100, 100', millä voidaan optimoida lämmitysteho keittoreaktorin 3 lämpötilan nousuajan minimoimista varten. N Eräässä suoritusmuodossa kukin sihti 108 on sovitettu maksimoimaan N 35 keittokemikaalivirtauksen keittoreaktorista 100 kuumennusjärjestelyyn 106, 126,

136. Samalla luonnollisesti maksimoituu myös vastaava lämpötilaltaan säädetyn keittokemikaalin virtaus kuumennusjärjestelystä 106, 126, 136 mainittuun yhteen tai useampaan keittoreaktoriin 100, 100°, mikä maksimoi lämmitystehon, jotta keittoreaktorin lämpötilan nostoaika voidaan minimoida.

Sihti 108 on siis mitoitettu niin, että se ei tukkeudu biomassasta, jota se estää pääsemästä kuumennusjärjestelyyn 106, 126, 136, mutta samalla sihti 108 päästää = optimoidulla/maksimoidulla — virtausnopeudella — keittokemikaalia lävitseen.

Tällainen tilanne on tyypillinen optimointitilanne, jonka alan ammatti- ihminen voi sinänsä ratkaista ilman kohtuutonta vaivaa esimerkiksi kokeilemalla, simuloimalla tai teoreettisesti.

Missä tahansa suoritusmuodossa lämpötilaltaan ajan funktiona säädetyn — keittokemikaalin virtaus mainittuun yhteen tai useampaan keittoreaktoriin 100, 100' voidaan optimoida suhteessa mainitussa yhdessä tai useammassa Kkeittoreaktorissa 100, 100' olevan keitettävän aineksen lämpökapasiteettiin.

Eräässä — suoritusmuodossa missä tahansa = suoritusmuodossa lämpötilaltaan ajan funktiona säädetyn keittokemikaalin virtaus mainittuun yhteen tai useampaan keittoreaktoriin 100, 100’ voidaan maksimoida suhteessa mainitussa yhdessä tai useammassa keittoreaktorissa 100, 100' olevan keitettävän aineksen lämpökapasiteettiin.

Tämä mitoitus voidaan tehdä omana asianaan riippumatta yhdestä tai useammasta sihdistä 108. Keitettävä aineshan sisältää keittokemikaalin eri komponentit ja biomassan, ja näiden massa, lämpötila ja ominaislämpökapasiteetti vaikuttavat siihen, kuinka paljon keitettävän aineksen lämpötila muuttuu, kun keitettävään ainekseen lisätään kuumennusjärjestelystä 106, 126, 136(, 156, 176) tulevalämpötilaltaan ajan funktiona säädetty keittokemikaali, jolla on tietty massa ja lämpötila kunakin ajan hetkenä.

Kun tietty massa siirretään keittoreaktoriin 100, N 100’, samalla sinne siirretään tietty energiamäärä lämpönä (esim. x kJ, missä x on 5 energiamäärää tarkoittava numeroarvo, ja kJ tarkoittaa energian yksikköä N kilojoulea). Se, että lämpötilaltaan säädetyn keittokemikaalin = virtaus N 30 keittoreaktoriin 100, 100’ voi olla jatkuvaa eräässä suoritusmuodossa, myös E optimointi/maksimointi on edullista suorittaa ajan funktiona siten, että © esimerkiksi massan sijaan kyse on virtauksesta suhteena massayksikkö per 3 aikayksikkö.

Tällöin lämpöä siirretään keittoreaktoriin 100, 100' haluttu N energiamäärä per aikayksikkö (esim. kJ/s, missä kJ tarkoittaa kilojoulea ja s N 35 tarkoittaa sekuntia). Eräässä suoritusmuodossa lämpötilaltaan säädetyn keittokemikaalin virtaus keittoreaktoriin 100, 100 voi olla epäjatkuvaa.

Lämpötilaltaan säädetyn keittokemikaalin virtaus mainittuun yhteen tai useampaan keittoreaktoriin 100, 100' voidaan optimoida/maksimoida vielä lisäksi suhteessa lämpökapasiteettiin, joka liittyy mainitun yhden tai useamman keittoreaktorin 100 € keittoprosessissa lämpenevään € materiaalin. Osa lämpötilaltaan säädetyn keittokemikaalin lämpöenergiastahan vuotaa myös keittoreaktorin 100, 100' lämmittämiseen.

Yllä olevan mukaisesti lämpötilaltaan säädetyn keittokemikaalin virtauksen avulla ei suoraviivaisesti pyritä lyhentämään keittoaikaa, vaikka sekin voi olla mahdollista, vaan optimoidulla lämpötilaltaan säädetyn keittokemikaalin — virtauksella voidaan hallitusti kontrolloida lämpötilan nousua keittolämpötilaan halutulla tavalla ja pitää keittolämpötila halutulla tasolla, joka voi vaihdella ajan funktiona.

Lämpötilaltaan säädetyn keittokemikaalin virtauksen avulla ei välttämättä pyritä lyhentämään keittoaikaa, vaikka sekin voi olla yhdessä tai useammassa suoritusmuodossa tavoiteltavaa, vaan eräässä suoritusmuodossa maksimoidulla ylikuumennetun keittokemikaalin virtauksella voidaan hallitusti kontrolloida keittolämpötilan nopeaa nousua keittolämpötilaan ja pitää keittolämpötila halutulla tasolla, joka voi myös vaihdella ajan funktiona.

Eräässä suoritusmuodossa mainitun ainakin yhden sihdin 108 läpäisypinta-ala voi olla maksimoitu mainitun ainakin yhden sihdin 108 läpäisevän keittokemikaalin virtauksen ja keittoreaktoriin 100, 100' siirtyvän ja lämpöenergian — siirron kannalta säädetyn keittokemikaalin — virtauksen maksimoimiseksi suhteessa kuumennusjärjestelyn 106, 126, 136 tehoon, joka säätää keittokemikaalin lämpötilaa ajan funktiona maksimoidun lämpötehon syöttämiseksi mainittuun ainakin yhteen €keittoreaktoriin 100, 100’ keittoprosessin tehostamista varten.

N Eräässä suoritusmuodossa, josta esimerkkiä esittää kuvio 3, ainakin 5 yksi mainituista yhdestä tai useammasta keittoreaktorista 100 voi käsittää useita N sihtejä 108 eri ulostulokohdissa 110, 112 keittoreaktoria 100. Ulostulokohdat 110, N 30 112 ovat vyöhykkeillä. Tällöin kierrätysjärjestely 102 siirtää keittokemikaalia E mainitusta ainakin yhdestä keittoreaktorista 100 mainittujen eri sihtien 108 läpi © kuumennusjärjestelyyn 106. Käyttämällä useita sihtejä 108 voidaan niiden 3 suodatuspinta-alaa lisätä, mikä mahdollistaa suuremman virtauksen sihtien 108 N läpi. N 35 Kuvion 3 mukaisesti keittokemikaali voidaan kierrättää takaisin keittoreaktoriin 100 siten, että se otetaan vastaan yhteen tai useampaan keittoreaktorin 100 sisääntulokohtaan, jotka ovat ulostulokohtia 110, 112 vastaavien vyöhykkeiden ulkopuolella.

Lämpötilaltaan säädetty keittokemikaali voidaan kierrättää takaisin samaan keittoreaktoriin, kuten kuviossa 3 on esitetty, tai johonkin toiseen keittoreaktoriin.

Lämpötilaltaan säädetyn keittokemikaalin vastaanotto voi siis olla samassa tai eri keittoreaktorissa 100, 100' kuin mistä keittokemikaali otettiin lämpötilaltaan säädettäväksi.

Keittokemikaali voidaan siis kierrättää takaisin mainittuihin yhteen tai useampaan keittoreaktoriin 100, 100". Kukin yhdessä keittoreaktorissa 100 oleva vyöhyke voi olla eri etäisyydellä tämän keittoreaktorin 100 yhteisestä pisteestä.

Vyöhyke voi käsittää —poikkileikkauksen = keittoreaktorin 100 pituusakselin suunnassa kunkin poikkileikkauksen ollessa eri etäisyydellä keittoreaktorin 100 pituusakselilla olevasta päästä.

Eräässä suoritusmuodossa, josta esimerkkiä esittää kuvio 3, kierrätysjärjestely 102 voi palauttaa eri sihtien 108 läpi ottamansa ja kuumennusjärjestelyssä 106 lämpötilaltaan säädetyn keittokemikaalin eri sisääntulokohtiin keittoreaktorissa 100, missä sisääntulokohdat poikkeavat ulostulokohdista 110, 112. Palautettaessa lämpötilaltaan — säädettyä keittokemikaalia keittoreaktorien 100, 100' välisessä siirrossa yksi tai useampi sisääntulokohta voi poiketa vyöhykkeeltään joko absoluuttisesti tai suhteellisesti ulostulokohdista 110, 112. Jos eri keittoreaktorit 100, 100’ ovat samankokoisia vyöhykkeen sijainti voidaan määrittää absoluuttisesti (esim. 2 m keittoreaktorin yläosasta) mutta keittoreaktoreiden 100, 100' ollessa eri kokoisia vyöhykkeen sijainti voidaan määrittää suhteellisesti (esim. yläosasta 2/3 keittoreaktorin kokonaispituudesta). Eräässä suoritusmuodossa, josta esimerkkiä esittää kuvio 3, kuumennusjärjestely 106 voi käsittää useita kuumentimia 114, 116 samassa S keittoreaktorissa 100. Eri puolille keittoreaktoria 100 merkityt kierrätysjärjestelyt O 102 voivat eräässä suoritusmuodossa käsittää myös yhden yhteisen kuumentimen N eli jommankumman kuumentimista 114, 116. Kierrätysjärjestely 102 voi siirtää N 30 putkia 104 pitkin ainakin kahden eri sihdin 108 ulostulokohdilta 110, 112 E keittokemikaalia eri kuumentimiin 114, 116. Kuumentimet 114, 116 voivat olla © esimerkiksi lämmönvaihtimia, jotka saavat lämpöenergiansa voimalaitoksesta. 3 Eräässä suoritusmuodossa, josta esimerkkiä esittää kuvio 3, N kuumennusjärjestely 106 voi käsittää useita erillisiä kuumenninjärjestelyitä 126, N 35 136, 156, 166, 176. Frilliset kuumenninjärjestelyt 126, 136, 156, 166, 176 voivat lisätä keittokemikaalin lämpötilaa eri keittoprosessin eri vaiheissa.

Eräässä suoritusmuodossa kuumenninjarjestelyt 126, 136, 156, 166, 176 ovat lämmönvaihtimia, jotka saavat lämpöenergiansa voimalaitoksesta. Myös kuumennusjärjestelyistä 156, 176 tuleva, lämpötilaltaan säädetty keittokemikaali, joka sisältää eri ainekomponentteja ja jolla on tietty massa ja lämpötila, voidaan lisätä keitettävään ainekseen. Näistä kuumennusjärjestelyistä 156, 176 tuleva keittokemikaalivirtaus voidaan maksimoida kuten muidenkin kuumennusjärjestelmien 126, 136 keittokemikaalivirtaus. Tällöin on mahdollista säätää keittoreaktorissa 100, 100' suoritettava keittoprosessin lämpöenergian vastaanottoa = halutulla tavalla ajan funktiona. Keittokemikaalin eri ainekomponenttien säädöllä voidaan hallita keittoprosessissa tapahtuvia kemiallisia reaktioita. Koska eri ainekomponenteilla (muurahaishappo, etikkahappo ja mahdolliset muut aineet kuten vesi tms.) on eri suhteellinen lämpökapasiteetti, voidaan ainekomponenttien valinnalla varsinaisen lämpötilan lisäksi myös säätää lämpöenergia syöttöä keittoreaktoriin 100, 100'.

Eräässä suoritusmuodossa eri esimerkeissä mainittu ja kuvioissa esitetty kuumennusjärjestely 106 voi optimoida keittokemikaalin lämpötilan ajan funktiona — suoritettavaa säätöä mainituissa yhdessä tai useammassa keittoreaktorissa 100, 100' olevan keitettävän aineksen lämpökapasiteetin ja keittolämpötilan perusteella keittoprosessin nopeuttamiseksi. Samoin jo edellä mainitulla tavalla kuin keittokemikaalin virtauksen optimointi/maksimointi, voidaan keittokemikaalin ajan funktiona suoritettava lämpötilan säätö optimoida suhteessa mainitussa yhdessä tai useammassa keittoreaktorissa 100, 100' olevan keitettävän aineksen lämpökapasiteettiin. Näin keittokemikaalin lämpötilan säädöllä ei välttämättä pyritä lyhentämään keittoaikaa, vaikka sekin voi olla tavoitteena yhdessä tai useammassa tässä dokumentissa kuvatussa suoritusmuodossa, vaan optimoidulla keittokemikaalin lämpötilan säädöllä N voidaan hallitusti kontrolloida keittoreaktorissa 100, 100' olevan lämpötilan 5 nousua keittolämpötilaan ja pitää lämpötila keitettäessä halutulla tasolla, joka voi N myös vaihdella ajan funktiona. Yhdistämällä virtauksen maksimointi ja N 30 keittokemikaalin lämpötilan optimointi ajan funktiona voidaan keittoprosessia E entisestään tehostaa. o Kuten jo mainittu, kuvion 2 mukaisessa suoritusmuodossa erillinen 3 keittokemikaalisäiliö 150 ja kuumennusjärjestely 106, 156 €toimii N esikuumentimena. Tällöin esikuumennin voi ottaa vastaan ainakin osan N 35 mainituissa yhdessä tai useammassa keittoreaktorissa 100, 100' käytettävästä keittokemikaalista, lämpötilaltaan säätää vastaanottamansa keittokemikaalin ja syöttämään lämpötilaltaan ajan funktiona säädetty keittokemikaalin mainittuun yhteen tai useampaan keittoreaktoriin 100, 100' mainitun yhden tai useamman keittoreaktorin 100, 100' otettua vastaan biomassaerän.

Eräässä suoritusmuodossa, josta esimerkkiä esittävät kuviot 4 ja 5, mainittu yksi tai useampi keittoreaktori 100, 100' voi ottaa vastaan mainitusta ainakin yhdestä erillisestä keittokemikaalisäiliöstä 150 kuumennettua tai lämpötilaltaan säädettyä keittokemikaalia biomassan pasuttamiseksi ennen biomassan keittämistä. Pasuttamisessa biomassan läpi päästetään kuumennettua tai lämpötilaltaan säädettyä höyrystettyä keittokemikaalia, jolloin biomassan — vedestä ainakin osa höyrystyy pois biomassasta. Höyrystynyt vesi voidaan ohjata pois keittoreaktorista 100, 100' haluttua tietä. Tällöin keittoreaktorissa 100, 100’ oleva vesi ei kuluta keittämiseen tarkoitettua lämpöenergiaa. Pasuttamisen jälkeen voidaan aloittaa keittäminen. Keittokemikaalin lauhtuessa vapautuu energiaa, joka voidaan hyödyntää keittoprosessin kuumennuksessa. Samalla keittokemikaali voi imeytyä biomassaan tehokkaammin, mikä nopeuttaa biomassan kuiduttumista ja tehostaa keittoprossia.

Kuvio 5A esittää useiden edellä esitettyjen esimerkkien yhdistelmää, joista yksi tai useampi voidaan toteuttaa. Esimerkiksi kierrätysjärjestely 102 on yleisessä tapauksessa sovitettu siirtämään keittokemikaalia putkia 104 pitkin yhdestä tai useammasta keittoreaktorista 100 kuumennusjärjestelyyn 106, joka säätää keittokemikaalin lämpötilaa ajan funktiona.

Eräässä — suoritusmuodossa = kierrätysjärjestely = 102 siirtää keittokemikaalia putkia 104 pitkin yhdestä tai useammasta keittoreaktorista 100 kuumennusjärjestelyyn 106, joka säätää keittokemikaalin lämpötilan korkeammaksi kuin mainitussa yhdessä tai useammassa keittoreaktorissa 100 keittämiseen käytetty keittolämpötila ennen keittoprosessin aloittamista ja N syöttää keittokemikaalin, jonka lämpötila on korkeampi kuin mainitussa yhdessä 5 tai useammassa keittoreaktorissa 100 keittämiseen käytetty keittolämpötila, N keittoreaktoriin 100. N 30 Kun biomassa on otettu keittoreaktoriin 100, 100’ keittoprosessia E aloitettaessa, sen lämpötila voi olla paljonkin alle keittolämpötilan. Biomassan © lämpötila voi olla sama kuin ympäristön lämpötila, joka voi olla esimerkiksi -10°C 3 - +40°C. Samoin keittokemikaalin lämpötila voi olla varsinkin alussa alle N keittolämpötilan. Näinpä alussa keittokemikaalin lämpötila voi olla varsinaista N 35 keittolämpötilaa korkeampi, kun se syötetään keittoreaktoriin 100, 100". Keittoprosessin aikana lämpötila tasaantuu ja keittokemikaalin lämpötilaa voidaan säätää alemmaksi.

Säätämällä keittokemikaalin lämpötilaa ajan funktiona minkä tahansa esimerkin ja/tai kuvion mukaisessa kuumennusjärjestelyssä 106 voidaan keitettävän aineksen ja varsinkin biomassan lämpötila nostaa halutulla tavalla ja mahdollisesti tunnettua tekniikkaa nopeammin keittolämpötilaan, mikä tehostaa ja mahdollisesti lyhentääkin keittoaikaa.

Samalla voidaan keittolämpötilaa kontrolloida ja tarvittaessa käyttää varsinaiseksi keittolämpötilaksi tarkoitettua lämpötilaa korkeampiakin lämpötiloja ainakin hetkellisesti.

Yleisesti sanottuna kierrätysjärjestely 102, 102’, 102” siirtää lämpötilaltaan ajan funktiona säädetyn keittokemikaalin takaisin ainakin yhteen mainituista yhdestä tai useammasta keittoreaktorista 100, 100°, mitä on kuvattu kuvioiden 1 - 5A esimerkeissä.

Kierrätysjärjestely 102, 102’, 102” käsittää esimerkiksi pumpun ja/tai ejektorin, jolla keittokemikaali saadaan virtaamaan putkissa 104 ja kuumennusjärjestelyn 106,126, 136, 176 läpi.

Kuviossa 5B on esitetty hakkeen syöttö keittoreaktoriin 100. Hake otetaan vastaan vastaanotto-osassa 500, josta ruuvikuljetin 502 kuljettaa hakkeen keittoreaktorin syöttöosaan 504. Syöttöosasta 504 hake siirretään kuuman höyryn mukana keittoreaktoriin 100, 100’. Höyry esikuumentaa hakkeen, jolloin keittämisprososessi keittoreaktorissa 100, 100' tehostuu ja lämpötilan nousu varsinaiseen keittolämpötilaan saadaan nopeutettua.

Kuumennusjärjestely 106, 126 kuumentaa höyryllä keittokemikaalia siten kuin jo aiemmin on kerrottu.

Kuvio 6, jossa kappa-luku on pystyasteikolla ja H-tekijä vaaka-akselilla, esittää esimerkkiä tuloksista lämmityksen nostoajoilla 20 minuuttia ja 60 minuuttia.

Kuvio 7 esittää esimerkkiä pentosaanien suhteellisesta osuudesta H- tekijän funktiona.

Kun esimerkiksi tarkastellaan H-tekijää 25, havaitaan kuvioiden 6 ja 7 perusteella lyhyen lämpötilan nostoajan johtavan selektiivisempään delignifiointiin eli kappa-luku on alempi pentoosaanipitoisuuden pysyessä N samana.

H-tekijä, joka riippuu lämpötilasta ja lämpötilan nostoajasta, on suhteessa 5 ligniinin liukenemisen nopeuteen ja yleisemminkin keittämisen edistymiseen.

N Kuvio 8 esittää esimerkkiä keiton lämpötilaprofiilista eri keittoajoilla.

N 30 Pystyakselilla ovat lämpötila ja H-tekijä ja vaaka-akselilla on aika.

H-tekijä kohoaa E nopeasti nopealla kuumennuksella arvoon 24, mikä tarkoittaa sitä, että lyhyelläkin © keittoajalla on mahdollista saada laadukas lopputuote. 3 Kuvio 9 esittää furfuraalin muodostumista eri keittoajoilla.

N Pystyakselilla on furfuraalin määrä (g/kg) ja vaaka-akselilla on kappa-luku.

N 35 Lyhyellä lämpötilan nostoajalla (20 minuuttia) saadaan kappa-luku pieneksi ilman että furfuraalin määrä nousee keitettävä aineksen joukossa niin korkeaksi kuin pitkällä lämpötilan nostoajalla (60 minuuttia). Kuvio 10 esittää esimerkkiä keittomenetelmän vuokaaviosta.

Askeleessa 1000 keitetään panosperiaatteella toimivassa yhdessä tai useammassa keittoreaktorissa 100, 100° biomassaa keittokemikaalissa, joka sisältää muurahaishappoa, etikkahappoa, vettä ja furfuraalia.

Askeleessa 1002 lämpöenergian = siirtoa keittoreaktoriin 100, 100' säädetään säätämällä keittokemikaalin lämpötilaa ajan funktiona keittoreaktoriin 100, 100' syöttämistä varten.

Askeleessa 1004 syötetään 1004 lämpötilaltaan säädetty keittokemikaali yhteen tai useampaan keittoreaktoriin 100, 100". Kuvio 11 esittää esimerkkiä ohjaimesta 180, joka esiintyy kuviossa 1. Ohjain 180 voi käsittää yhden tai useamman prosessorin 1100 ja yhden tai useamman muistin 1102, johon voi olla tallennettuna yksi tai useampi prosessinohjaukseen sopiva tietokoneohjelma.

Ohjain 180 voi mainitun yhden tai useamman tietokoneohjelman avulla ohjata Kkeittoreaktorissa 100, 100' suoritettavaa — keittämistä, — kuumennusjärjestelyssä 102 suoritettavaa keittokemikaalin ajan funktiona suoritettavaa lämpötilan säätöä ja lämpötilaltaan säädetyn keittokemikaalin syöttämistä yhteen tai useampaan keittoreaktoriin 100, 100”. Keittoprosessin ohjaus kussakin keittoreaktorissa 100, 100' voi perustua esimerkiksi lämpötilatietoihin, jotka tulevat antureilta 182. Keittokemikaalin virtausta putkissa 104 voidaan hallita venttiilien ja/tai pumppujen avulla, joita puolestaan voidaan ohjata ohjaimella 180. Kuvioissa 10 esitetty keittomenetelmä voidaan € toteuttaa logiikkapiiriratkaisuna tai tietokoneohjelmana.

Tietokoneohjelma voidaan — sijoittaa tietokoneohjelman jakeluvälineelle sen jakelua varten.

Tietokoneohjelman jakeluväline on luettavissa tietojenkäsittelylaitteella, ja se voi N koodata tietokoneohjelmakäskyt ohjata mittalaitteen toimintaa. 5 Siinä suoritusmuodossa, jossa keittoprossia tehostetaan käyttämällä N ylikuumentamista, missä tahansa kuumenninjärjestelyssä ylikuumennettu N 30 keittokemikaali voi olla muutamia asteita kuumempi kuin keittoreaktorissa 100, E 100? — suoritettavan — keittämisen — lämpötila.

Eräässä = suoritusmuodossa © ylikuumennetun keittokemikaalin lämpötila on noin 5*C astetta kuumempi kuin 3 keittoreaktorissa 100, 100' suoritettava = keittämislämpötila. = Eräässä N suoritusmuodossa ylikuumennetun keittokemikaalin lämpötila on noin 10°C N 35 astetta kuumempi kuin keittoreaktorissa 100, 100' suoritettava keittämislämpötila. Keittokemikaalin ylikuumentaminen voi kompensoida faasimuutoksen tuoman energian puuttumisen.

Eräässä suoritusmuodossa lignoselluloosan pitoisen biomassan delignifioinnissa voidaan esitetyn ratkaisun mukaisesti käyttää tavanomaista lyhyempää keittoaikaa, koska delignifiointi on yllättäen myös tehokkaampaa ja selektiivisempää, kun käytetään keittokemikaalin lämpötilan säätöä ajan funktiona. Lyhyttä keittoaikaa voi olla edullista soveltaa, kun biomassaa delignifioidaan jollain ns. organosolv-menetelmällä eli orgaanisella liuottimella kuten seoksella, joka koostuu ainakin muurahaishaposta, etikkahaposta, vedestä ja —furfuraalista. Delignifioinnin selektiivisyys riippuu myös lämpötilan vaihtelusta ajan funktiona. Delignifioinnin selektiivisyyteen voidaan vaikuttaa esimerkiksi lämpötilan nousunopeudella keittoprosessin alussa. Mitä nopeampi lämpötilan nousu keittoprosessin alussa on, sitä tehokkaammin ja/tai nopeammin haluttu delignifioinnin taso voidaan saavuttaa niin, että keittoprosessin aikana pentoosisokerit regoivat mahdollisimman vähän furfuraaliksi.

Nopea kuumennus on mahdollinen keittokemikaalin ajan funktiona säädettävällä kuumentamisella. Eräässä suoritusmuodossa tämä tarkoittaa ylikuumentamista, mikä voidaan tehdä ennen keittokemikaalin syöttöä keittoreaktoriin tai keiton aloittamisen jälkeen. Keittovaiheen lämmitykseen käytettävä kuumennusjärjestely on suunniteltu ajan funktiona hallittua lämmitystä varten, mikä mahdollistaa nopean kuumentamisen. Tällöin keittovaiheen alussa keittoprosessin lämpötilan nousua voidaan esimerkiksi nopeuttaa tunnettuun tekniikkaan verrattuna. Keittovaiheen lämmitykseen käytettävä kuumennusjärjestely voi olla suunniteltu myös keittokemikaalin osittaista höyrystämistä varten, jolloin lauhtuva keittokemikaali kuumentaa keitettävää ainesta nopeasti. Keittoreaktorin sihdit voi olla mitoitettu N tavanomaista suurempaa kiertoa varten. 5 Näin voidaan päästä tavanomaista lyhyempään lämpötilan nousuun N keittoreaktorissa tinkimättä välttämättä lopputuotteen laadusta. Perinteiseen N 30 —sellunvalmistukseen nähden tehostettu prosessointi, joka voi ilmetä lyhyenä E keittoaikana ja/tai hallittuna lopputuotteen laatuna, on yllättävä, koska © esimerkiksi nopea lämpötilan nosto haluttuun keittolämpötilaan on yleensä nähty 3 haitalliseksi (huonontunut laatu, vaatimukset suuresta kierrätyksestä ja aiempaa N tehokkaammista lämmönvaihtimista). Lopputuotteen laatuun — vaikuttaa N 35 keittoprosessin lämpötilaprofiili eli lämpötila ajan funktiona pelkän lämpötilan lisäksi. Koska lopputuotteen laatua voidaan myös hallita, sitä voidaan alentaa, pitää se samana tai parantaa sitä sillä, että lämpöenergian syöttö keittoprosessiin on säädettävissä. Tällöin keittoreaktorin lämpötilaa voidaan kontrolloida ajan funktiona, mikä vaikuttaa keittoaikaan ja/tai lopputuotteen laatuun. Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

N O N O N

I a a © ™

O LO O N O N

Claims (15)

Patenttivaatimukset

1. Keittolaitteisto lignoselluloosaa sisältävän biomassan käsittelemiseksi, missä keittolaitteisto (10) käsittää yhden tai useamman panosperiaatteella toimivan keittoreaktorin (100, 1007, joka on sovitettu keittämään biomassaa lämpötilaikkunassa 116°C - 170°C käyttäen keittokemikaalia, joka sisältää muurahaishappoa 30 % - 75 %, etikkahappoa 6 % - 55 %, vettä 13 % - 22 % ja furfuraalia 0,01 % - 3 %, tunnettu siitä, että keittolaitteisto (10) käsittää lisäksi kuumennusjarjestelyn (106), joka on sovitettu säätämään —keittoreaktorin (100, 100’) sisältämien C5-sokerien ja furfuraalin määrää säätämällä lämpöenergian siirtoa ja keittokemikaalin lämpötilaa ajan funktiona kuhunkin keittoreaktoriin (100, 100’) ja syöttämällä lämpötilaltaan säädetty keittokemikaali kuhunkin keittoreaktoriin (100, 100”).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keittolaitteisto, tunnettu siitä, ettäkuumennusjärjestely (106) on sovitettu säätämään sisältämien C5-sokerien ja furfuraalin määrää suhteessa keittoprosessin haluttuun delignifikaatioon säätämällä lämpöenergian siirtoa kuhunkin keittoreaktoriin (100, 100°).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keittolaitteisto, tunnettu siitä, että kuumennusjärjestely (106) on sovitettu kuumentamaan keittokemikaalin lämpötilan korkeammaksi kuin mainitussa yhdessä tai useammassa keittoreaktorissa (100, 100°) keittämiseen käytetty keittolämpötila.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keittolaitteisto, tunnettu siitä, että keittolaitteisto (10) käsittää kierrätysjärjestelyn (102), joka on putkia (104) N 25 pitkin sovitettu siirtämään keittokemikaalia mainitusta yhdestä tai useammasta N keittoreaktorista (100, 100’) kuumennusjärjestelyyn (106), ja siirtämään O lämpöenergian siirron kannalta säädetyn keittokemikaalin takaisin ainakin yhteen n mainituista yhdestä tai useammasta keittoreaktorista (100, 100”).

I = 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keittolaitteisto, tunnettu siitä, S 30 että ainakin yksi mainituista yhdestä tai useammasta keittoreaktorista (100) D käsittää ainakin yhden sihdin (108), joka on sovitettu optimoimaan N keittokemikaalivirtauksen — lämpöenergian — siirron = kannalta = säädetyn N keittokemikaalin virtauksen optimoimalla lämmitysenergian siirto keittoajan ja/tai lopputuotteen laadun optimoimista varten.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen keittolaitteisto, tunnettu siitä, että mainitun ainakin yhden sihdin (108) läpäisypinta-ala on maksimoitu mainitun ainakin yhden sihdin (108) läpäisevän Kkeittokemikaalin virtauksen ja keittoreaktoriin (100) siirtyvän, lämpöenergian siirron kannalta säädetyn keittokemikaalin virtauksen maksimoimiseksi suhteessa kuumennusjärjestelyn (106) tehoon kuumentaa keittokemikaalia optimoidun lämpöenergian syöttämiseksi mainittuun ainakin yhteen keittoreaktoriin (100) lämpötilan nousun minimoimista varten.

7. Patenttivaatimuksen 4 mukainen keittolaitteisto, tunnettu siitä, että ainakin yksi mainituista yhdestä tai useammasta keittoreaktorista (100) käsittää useita sihtejä (108) eri kohdissa (110, 112) keittoreaktoria (100); ja kierrätysjärjestely (102) on sovitettu siirtämään keittokemikaalia mainitusta ainakin yhdestä keittoreaktorista (100) mainittujen eri sihtien (108) läpi kuumennusjärjestelyyn (106).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen keittolaitteisto, tunnettu siitä, että kierrätysjärjestely (102) on sovitettu palauttamaan eri sihtien (108) läpi ottamansa ja kuumennusjärjestelyssä (106) lämpötilaltaan — säädetyn keittokemikaalin eri sisääntulokohtiin keittoreaktorissa (100, 100”).

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen keittolaitteisto, tunnettu siitä, että kuumennusjärjestely (10) käsittää useita kuumentimia (114, 116), ja kierrätysjärjestely (102) on sovitettu siirtämään putkia (104) pitkin ainakin kahden eri sihdin (108) kohdalta (110, 112) keittokemikaalia eri kuumentimiin (114, 116).

N

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen Kkeittolaitteisto, tunnettu N 25 — siitä, että kuumennusjärjestely (10) on sovitettu optimoimaan keittokemikaalin 2 lämmönsiirron mainituissa yhdessä tai useammassa keittoreaktorissa (100, 100") N olevan keitettävän aineksen lämpökapasiteetin ja keittolämpötilan perusteella.

x a

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keittolaitteisto, tunnettu S siitä, että kuumennusjärjestely (10) käsittää ainakin yhden keittokemikaalisäiliön 3 30 (150), ja kukin keittokemikaalisäiliö (150) on sovitettu ottamaan vastaan ainakin O osan mainituissa yhdessä tai useammassa keittoreaktorissa (100, 100) käytettävästä keittokemikaalista, kuumennusjärjestely (106, 156) on sovitettu säätämään keittokemikaalisäiliöön (150) syötettävän keittokemikaalin lämpötilaa,

ja keittokemikaalisäiliö (150) on sovitettu syöttämään lämpötilaltaan säädetyn keittokemikaalin mainittuun yhteen tai useampaan keittoreaktoriin (100, 100") mainitun yhden tai useamman keittoreaktorin (100, 100’) otettua vastaan biomassaerän.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen keittolaitteisto, tunnettu siitä, että mainittu yksi tai useampi keittoreaktori (100) on sovitettu ottamaan vastaan mainitusta ainakin yhdestä erillisestä keittokemikaalisäiliöstä (150) lämpötilaltaan säädettyä keittokemikaalia biomassan pasuttamiseksi.

13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen keittolaitteisto tunnettu — siitä, että keittolaitteisto (10) käsittää ensimmäisen keittoreaktorin (100) ja toisen keittoreaktorin (100°), ja ensimmäisen keittoreaktorin puskusäiliö (160) on sovitettu päästämään höyrystyneen keittokemikaalin putkia (104) pitkin lämmöntuottimelle (200), joka on sovitettu säätämään keittokemikaalin lämpötilaa ja syöttämään lämmönsiirroltaan säädetyn keittokemikaalin toiseen —keittoreaktoriin (100').

14. Keittomenetelmä lignoselluloosaa sisältävää biomassaa varten, missä keitetään (1000) panosperiaatteella toimivassa yhdessä tai useammassa keittoreaktorissa (100, 100’) biomassaa lämpötilaikkunassa 116°C - 170°C käyttäen keittokemikaalia, joka sisältää muurahaishappoa 30 % - 75 %, etikkahappoa 6 % - 55 %, vettä 13 % - 22 % ja furfuraalia 0,01 % - 3 %, tunnettu siitä, että säädetään (1002) keittoreaktorin (100, 100’) sisältämien C5-sokerien ja furfuraalin määrää säätämällä lämpöenergian siirtoa ja keittokemikaalin N 25 lämpötilaa ajan funktiona kuhunkin keittoreaktoriin (100, 100°) syötettäessä; ja 5 syötetään (1004) lämpötilaltaan säädetty keittokemikaali yhteen tai n useampaan keittoreaktoriin (100, 100”).

N =

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen keittomenetelmä, tunnettu c siitä, että säädetään kuumennusjärjestelyllä (106) keittoreaktorin (100, 100") 2 30 — sisältämien C5-sokerien ja furfuraalin määrää suhteessa keittoprosessin haluttuun S delignifikaatioon säätämällä lämpöenergian siirtoa kuhunkin keittoreaktoriin N (100, 1007).